CN216378418U - 一种基于锌空电池的电催化产h2o2的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，包括锌空电池、H2O2电催化合成系统和H2O2收集瓶，锌空电池与H2O2电催化合成系统之间通过导线连接，H2O2电催化合成系统与H2O2收集瓶之间通过管道连接，锌空电池为H2O2电催化合成系统提供电能，H2O2电催化合成系统中合成得到的H2O2通过管道收集于H2O2收集瓶中；本实用新型生产H2O2的过程简单、效率高、产率高，生产的H2O2的浓度可以直接达到商业用途的浓度；该装置占地小，成本低，移动方便，操作管理方便。
Description
技术领域
本实用新型涉及H2O2生产技术领域，具体是一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置。
背景技术
纯H2O2在常温下是淡蓝色的黏稠液体，与水互溶，其水溶液无色透明，俗称双氧水。H2O2的标准氧化电势为1.78eV，H2O2具有氧化性，可以杀菌、分解有机物、氧化H2S等无机物，目前H2O2的主要用途是医用消毒以及作为芬顿试剂的主要成分处理污水。随着全球经济的快速发展，H2O2的应用领域逐渐从环境保护、纸浆漂白等领域拓展到丙烯环氧化、有机合成等领域，目前全球市场中H2O2的需求每年以8％-11％的速度在不断增长。
目前，市场上销售的H2O2主要通过蒽醌的多步加氢和氧化过程生产得到，这种方法操作繁琐、能耗高，反应中用到的钯基催化剂以及醌类有机溶剂大大增加了生产的成本，并且造成了严重的环境污染。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，以解决现有技术中通过蒽醌的多步加氢和氧化过程生产得到H2O2的方法操作繁琐、能耗高、成本高、污染环境等问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本实用新型提供了一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，包括锌空电池、H2O2电催化合成系统和H2O2收集瓶，锌空电池与H2O2电催化合成系统之间通过导线连接，H2O2电催化合成系统与H2O2收集瓶之间通过管道连接，锌空电池为H2O2电催化合成系统提供电能，H2O2电催化合成系统中生产得到的H2O2通过管道收集于H2O2收集瓶中。
进一步的，H2O2电催化合成系统包括阳极板、阴极板和电解质层，阳极板通过导线与锌空电池的正极板连接，阴极板通过导线与锌空电池的负极板连接，电解质层通过管道与H2O2收集瓶连接。
进一步的，阳极板上设有第一进水口、第一出水口和第一排气口，阴极板上设有进气口和第二排气口，电解质层上设有第二进水口和第二出水口，第二出水口通过管道与H2O2收集瓶连接。
进一步的，第二出水口210设置于电解质层203的顶部。
进一步的，阳极板包括采用IrO2/GCN异质层的阳离子催化层、采用Nafion膜的阳离子交换膜和采用Sigracet 36 BB的气体扩散层。
进一步的，阴极板包括采用炭黑的阴离子催化层、采用Sustainion X37-50 Grade60的阴离子交换膜和采用Sigracet 36 BB的气体扩散层。
进一步的，电解质层采用孔径为50-300μm的多孔苯乙烯-二乙烯基苯磺化共聚物。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型提供的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，生产H2O2的过程简单、效率高、产率高，生产的H2O2的浓度可以直接达到商业用途的浓度；该装置占地小，成本低，移动方便，操作管理方便。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置中H2O2电催化合成系统的结构示意图；
图3是本实用新型实施例提供的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置中锌空电池的结构示意图。
图中：1-锌空电池、101-正极板、102-负极板、103-隔膜、104-防漏层、105-金属外壳、106-金属盖板、2-H2O2电催化合成系统、201-阳极板、202-阴极板、203-电解质层、204-第一进水口、205-第一出水口、206-第一排气口、207-进气口、208-第二排气口、209-第二进水口、210-第二出水口、211-阳离子催化层、212-阳离子交换膜、213-气体扩散层、214-阴离子催化层、215-阴离子交换膜、3-H2O2收集瓶、4-导线、5-管道。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，是本实用新型实施例提供的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，包括锌空电池1、H2O2电催化合成系统2和H2O2收集瓶3，锌空电池1与H2O2电催化合成系统2之间通过导线4连接，H2O2电催化合成系统2与H2O2收集瓶3之间通过管道5连接，锌空电池1为H2O2电催化合成系统2提供电能，H2O2电催化合成系统2中生产得到的H2O2通过管道5收集于H2O2收集瓶3中。
如图3所示，锌空电池1包括金属外壳105、正极板101、负极板102、隔膜103、防漏层104和金属盖板106；金属外壳105采用的是具有良好防腐性和导电性的多孔金属镍制成的金属外壳105；正极板101采用活性炭作为填充物，活性炭不仅起到催化的作用，而且还可以从空气中吸收O2；负极板102由锌粒和电解质混合构成，电解质采用Zn(OTf)2；隔膜103采用PVDF(聚偏氟乙烯)，锌粒为网状结构，并贮存于隔膜103内；金属盖板106置于负极板102的上方，打开金属盖板106可以方便更换或添加锌粒；防漏层104采用PTFE(聚四氟乙烯)膜，可避免活性炭进入多孔金属镍的小孔中堵塞小孔，从而降低反应速率。该锌空电池1内部所发生的反应为：Zn+O2＝ZnO2。
如图2所示，H2O2电催化合成系统2包括阳极板201、阴极板202和电解质层203，阳极板201通过导线4与锌空电池1的正极板101连接，阴极板202通过导线4与锌空电池1的负极板102连接，电解质层203通过管道5与H2O2收集瓶3连接。
阳极板201上设有第一进水口204、第一出水口205和第一排气口206，阳极板201上发生的反应为：2H2O–4e-→4H++O2；阴极板202上设有进气口207和第二排气口208，阴极板202上发生的反应为：O2+H2O+2e-→HO2 -+OH-；电解质层203上设有第二进水口209和第二出水口210，第二出水口210通过管道5与H2O2收集瓶3连接，阳极板201上产生的H+与阴极板202上产生的HO2 -在电解质层203中合成得到H2O2，通过第二进水口209进入电解质层203中的水会溶解H2O2，形成H2O2水溶液，H2O2水溶液溢流依次通过第二出水口210、管道5后收集于H2O2收集瓶3中。
第二出水口210设置于电解质层203的顶部，通过溢流的方式将电解质层203中生产得到的H2O2水溶液收集于H2O2收集瓶3中，目的是为H+和HO2 -提供充足的反应时间，提高H2O2的产出率。
阳极板201包括采用IrO2/GCN异质层(二氧化铱与石墨化氮化碳异质结构)的阳离子催化层211、采用Nafion膜(全氟磺酸基聚合物隔膜)的阳离子交换膜212和采用Sigracet36 BB(西格里商用碳纸)的气体扩散层213。
阴极板202包括采用炭黑的阴离子催化层214、采用Sustainion X37-50 Grade 60的阴离子交换膜215和采用Sigracet 36 BB(西格里商用碳纸)的气体扩散层213。
电解质层203采用孔径为50-300μm的多孔苯乙烯-二乙烯基苯磺化共聚物。
本实用新型提供的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，生产H2O2的过程简单、效率高、产率高，生产的H2O2的浓度可以直接达到商业用途的浓度；该装置，占地小，成本低，移动方便，操作管理方便。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：包括锌空电池（1）、H2O2电催化合成系统（2）和H2O2收集瓶（3），所述锌空电池（1）与H2O2电催化合成系统（2）之间通过导线（4）连接，所述H2O2电催化合成系统（2）与H2O2收集瓶（3）之间通过管道（5）连接，所述锌空电池（1）为H2O2电催化合成系统（2）提供电能，所述H2O2电催化合成系统（2）中生产得到的H2O2通过管道（5）收集于H2O2收集瓶（3）中。
2.根据权利要求1所述的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：所述H2O2电催化合成系统（2）包括阳极板（201）、阴极板（202）和电解质层（203），所述阳极板（201）通过导线（4）与锌空电池（1）的正极板（101）连接，所述阴极板（202）通过导线（4）与锌空电池（1）的负极板（102）连接，所述电解质层（203）通过管道（5）与H2O2收集瓶（3）连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：所述阳极板（201）上设有第一进水口（204）、第一出水口（205）和第一排气口（206），所述阴极板（202）上设有进气口（207）和第二排气口（208），所述电解质层（203）上设有第二进水口（209）和第二出水口（210），所述第二出水口（210）通过管道（5）与H2O2收集瓶（3）连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：所述第二出水口（210）设置于电解质层（203）的顶部。
5.根据权利要求2所述的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：所述阳极板（201）包括采用IrO2/GCN异质层的阳离子催化层（211）、采用Nafion膜的阳离子交换膜（212）和采用Sigracet 36 BB的气体扩散层（213）。
6.根据权利要求2所述的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：所述阴极板（202）包括采用炭黑的阴离子催化层（214）、采用Sustainion X37-50 Grade 60的阴离子交换膜（215）和采用Sigracet 36 BB的气体扩散层（213）。
7.根据权利要求2所述的一种基于锌空电池的电催化产H2O2的装置，其特征在于：所述电解质层（203）采用孔径为50-300μm的多孔苯乙烯-二乙烯基苯磺化共聚物。
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