CN219470212U - 一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，包括顶部封闭的水还原制氢池和尿素氧化分解池，尿素氧化分解池的底部具有注水口和排水口，所述水还原制氢池和尿素氧化分解池的连通处具有一质子交换膜。本实用新型将水还原制氢池与尿素氧化分解池由质子交换膜隔开，极大提高了产氢效率与尿素分解效率，同时避免产生爆炸性的H2/O2混合物，电解池设有的菲涅尔透镜，能实现聚光提高对光照的利用率，使得照射在对电极和工作电极上的光强度提高，进一步提高反应效率,整个装置结构简单，操作方便，能同时实现水分解产氢和尿素污水处理的双重功效，具有重要应用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及光电催化水分解制氢和环境净化领域，具体为一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置。
背景技术
氢能源是一种热值高、损耗少、利用率高、清洁高效的二次能源，具有清洁、可再生、容量高等优点。利用太阳能大规模制氢是最有潜力的制备清洁氢能源的方式之一。常规水的电解包括两个重要的基本反应，即阳极析氧反应和阴极析氢反应。涉及四电子转移步骤的阳极析氧动力学较为缓慢，通常需要提供较大的过电势来驱动此反应，这成为了制约电解水制氢效率的主要瓶颈。近年来，人们发现利用一些具有良好热力学的甲醇、乙醇和尿素等有机小分子氧化反应来代替阳极析氧，能够显著降低电解水制氢的过电势，进而实现氢气的节能生产。
尿素具有高水溶性、低挥发性、无毒、理想的能量密度和高氢含量等优点，主要是由于其所需的热力学电位仅为0.37V，远低于常规电解水的热力学电位1.23V，可以节省70％的能量，而被认为是阳极氧化电解水的理想替代品之一。同时，在碱性水溶液中电化学尿素氧化反应的产物是无害的N2和CO2，后者不方便回收处理。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，将尿素氧化反应与水析氢反应耦合可以提高产氢效率，解决尿素对环境的污染问题，同时避免产生爆炸性的H2/O2混合物，这种光电催化技术还可以实现尿素废水的净化，为解决环境污染问题提供了一种崭新的途径，解决了光电催化产氢效率低以及尿素氧化所产生CO2不方便回收处理的问题。
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，包括顶部封闭的水还原制氢池和尿素氧化分解池，尿素氧化分解池的底部具有注水口和排水口，所述水还原制氢池和尿素氧化分解池的连通处具有一质子交换膜，水还原制氢池内具有的对电极通过导电线与所述尿素氧化分解池内的工作电极连接，所述水还原制氢池的气体出口通过导气管一连接有气体收集器一，尿素氧化分解池的气体出口通过导气管二连接有气体收集器二。
进一步限定，上述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其中，所述导气管二上设有U型防倒吸装置。
进一步限定，上述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其中，所述水还原制氢池和尿素氧化分解池的侧壁均设有圆形的突出部，突出部安装有菲涅尔透镜。
进一步限定，上述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其中，所述水还原制氢池和尿素氧化分解池的顶部通过可拆装的密封盖密封。
进一步限定，上述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其中，所述对电极采用半导体光阴极，工作电极采用半导体光阳极。
进一步限定，上述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其中，所述水还原制氢池和尿素氧化分解池均采用石英玻璃池。
进一步限定，上述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其中，所述尿素氧化分解池上连接有一尿素浓度检测装置。
本实用新型具备以下有益效果：本实用新型将水还原制氢池与尿素氧化分解池由质子交换膜隔开，极大提高了产氢效率与尿素分解效率，同时避免产生爆炸性的H2、O2混合物；电解池设有的菲涅尔透镜，能实现聚光提高对光照的利用率，使得照射在对电极和工作电极上的光强度提高，进一步提高反应效率，同时产生的CO2也由石灰水回收利用；即使在无光照条件下，也可通过外接蓄电池供电完成水还原制氢和尿素氧化分解反应；整个装置结构简单，操作方便，能同时实现水分解产氢和尿素污水处理的双重功效，具有重要应用价值。
附图说明
图1为本实用新型主视图；
图2为本实用新型尿素氧化分解池左视图；
图3为本实用新型菲涅尔透镜结构图。
图中：1、水还原制氢池；2、尿素氧化分解池；3、气体收集器一；4、气体收集器二；5、导电线；6、对电极；7、工作电极；8、菲涅尔透镜；9、质子交换膜；10、密封盖；11、注水口；12、导气管一；13、导气管二；14、U型防倒吸装置；15、尿素浓度检测装置；16、排水口。
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1-3，一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，包括顶部通过可拆装的密封盖10密封且为石英玻璃材质的水还原制氢池1和尿素氧化分解池2；水还原制氢池1和尿素氧化分解池2的连通处具有一质子交换膜9，分别在其两侧发生水还原制氢和尿素氧化分解反应，水还原制氢池1内具有的对电极6通过导电线5与尿素氧化分解池2内的工作电极7连接，对电极6采用半导体光阴极，工作电极7采用半导体光阳极。
水还原制氢池1的气体出口通过导气管一12连接有气体收集器一3，尿素氧化分解池2的气体出口通过导气管二13连接有气体收集器二4，气体收集器二4内的收集溶液为石灰水，用于回收尿素氧化分解时产生的CO2，导气管二13上设有U型防倒吸装置14，尿素氧化分解池2上连接有一尿素浓度检测装置15，其具体原理在专利网上已被公开，如授权公告号CN 209927773 U公开的采用超声波检测的方式，用于检测尿素浓度，达到排放标准时，打开排水口16排出处理后的液体，随后重新从注水口11注入含尿素的污水，进行新一轮循环反应。
其中，尿素氧化分解池2的底部具有注水口11和排水口16，水还原制氢池1和尿素氧化分解池2的侧壁均设有圆形的突出部，突出部安装有菲涅尔透镜8，能实现聚光于电极上提高对光照的利用率，使得照射在对电极6和工作电极7上的光强度提高，进一步提高反应效率；
在工作时，含尿素污水的电解液从注水口11注入；水还原制氢池1中产生气体由导气管一12导入到气体收集器一3；尿素氧化分解池2中产生气体通过导气管二13连接U型防倒吸装置14导入到气体收集器二4；反应一段时间后，通过尿素浓度检测装置15检测尿素浓度，达到排放标准时，打开排水口16排出处理后的液体，随后重新从注水口11注入含尿素的污水，进行新一轮循环反应。
本实用新型将水还原制氢池1与尿素氧化分解池2由质子交换膜9隔开，极大提高了产氢效率与尿素分解效率，同时避免产生爆炸性的H2/O2混合物；即使在无光照条件下，也可通过外接蓄电池供电完成水还原制氢和尿素氧化分解反应；整个装置结构简单，操作方便，能同时实现水分解产氢和尿素污水处理的双重功效，具有重要应用价值。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，包括顶部封闭的水还原制氢池(1)和尿素氧化分解池(2)，尿素氧化分解池(2)的底部具有注水口(11)和排水口(16)，其特征在于：所述水还原制氢池(1)和尿素氧化分解池(2)的连通处具有一质子交换膜(9)，水还原制氢池(1)内具有的对电极(6)通过导电线(5)与所述尿素氧化分解池(2)内的工作电极(7)连接，所述水还原制氢池(1)的气体出口通过导气管一(12)连接有气体收集器一(3)，尿素氧化分解池(2)的气体出口通过导气管二(13)连接有气体收集器二(4)。
2.根据权利要求1所述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其特征在于：所述导气管二(13)上设有U型防倒吸装置(14)。
3.根据权利要求1所述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其特征在于：所述水还原制氢池(1)和尿素氧化分解池(2)的侧壁均设有圆形的突出部，突出部安装有菲涅尔透镜(8)。
4.根据权利要求1所述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其特征在于：所述水还原制氢池(1)和尿素氧化分解池(2)的顶部通过可拆装的密封盖(10)密封。
5.根据权利要求1所述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其特征在于：所述对电极(6)采用半导体光阴极，工作电极(7)采用半导体光阳极。
6.根据权利要求1所述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其特征在于：所述水还原制氢池(1)和尿素氧化分解池(2)均采用石英玻璃池。
7.根据权利要求1所述的一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置，其特征在于：所述尿素氧化分解池(2)上连接有一尿素浓度检测装置(15)。
Priority Applications (1)
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| CN202320774654.4U CN219470212U (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN219470212U true CN219470212U (zh) | 2023-08-04 |
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Family Applications (1)
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| CN202320774654.4U Active CN219470212U (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种光电催化水分解制氢耦合尿素氧化分解装置 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-04-10 CN CN202320774654.4U patent/CN219470212U/zh active Active
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