CN2698812Y - 原位高效电催化生成过氧化氢的电化学反应器 - Google Patents
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Abstract
一种原位高效电催化生成过氧化氢的电化学反应器，在不锈钢筒体内设有主阴极石墨圆筒，石墨圆筒的顶端设有开孔挡板相隔的出水室，在石墨圆筒的底端由上而下依次设有带微孔的石棉隔膜、网状阳极、以及由进水开孔挡板相隔的进水室。在主阴极石墨圆筒内堆放有作为扩展阴极的石墨颗粒，石墨圆筒的内表面和石墨颗粒的外表面涂有聚吡咯与蒽醌的复合膜。具有如下优点：该反应器采用表面经聚吡咯与蒽醌化学修饰的三维扩展阴极，大大增加了氧传质效果，提高了过氧化氢的电流效率和产率，从而进一步提高了水消毒和污水处理的效果。利用了阳极的析氧反应，使反应装置的运行更为经济。
Description
技术领域 本发明涉及一种塔式固定床电化学反应器，特别是一种电生成过氧化氢的滴滤床型电化学反应器。
背景技术 工业上生产过氧化氢的方法绝大多数是采用用烷基蒽醌催化加氢—空气自动氧化法，需要钯或镍等贵金属催化剂和有机溶剂，存在着工艺复杂、成本高、三废污染严重以及产品运输、储存等安全问题。因此，自20世纪70年代以来，国内外广泛开展了原位电化学氧还原合成过氧化氢的研究。目前用于电化学氧阴极还原生成过氧化氢的反应器形式主要有：压滤式或板框式电解槽；颗粒电极的固定床和流化床电解槽。这些电解槽按其中的电极形状可分为板式和颗粒床层式。电极材料一般采用石墨、玻璃碳、碳聚四氟乙烯。在这些反应器的应用中存在的主要问题是，对于前一种类型的反应器来说，氧的传质效果差，电流效率低，过氧化氢生成速率低；对于后一种类型的反应器来说，虽然传质效果得到改善，但生成的过氧化氢会在阴极表面进一步分解，从而使溶液主体的发生量受到影响。另外，由于所有的电化学反应都是成对出现的，即同时发生阴极的还原反应和阳极的氧化反应。但在通常的电化学水处理技术中，往往只利用了某一电极(阴极或阳极)上的反应来电生成氧化剂(如臭氧、过氧化氢、氯气等)，而另一电极(阳极或阴极)上的反应未被利用，是“牺牲”反应，如通常的析氢或析氧反应。在这种情况下，有一侧电极通过的电流未被利用显然是很不经济的。
发明内容 本发明的目的在于通过对电极表面结构特性的改变及反应器的合理设计来提高原位电化学生成过氧化氢的电流效率和生成量，降低能耗。
该电化学反应器有以下几个主要部分组成：(1)不锈钢筒体起到保护与固定阴极的作用，(2)主阴极石墨圆筒内表面涂导电聚合物复合膜，起阴极氧还原生成过氧化氢及为扩展阴极供电的作用，(3)扩展阴极石墨颗粒表面涂导电聚合物复合膜，起阴极氧还原生成过氧化氢及增强氧传质的作用，(4)网状析氧阳极使水电解生成氧，供阴极进行氧还原，(5)石棉隔膜将扩展阴极与阳极隔开，(6)上开孔绝缘挡板起防止扩展阴极颗粒流化的作用，(7)下开孔绝缘挡板起固定阳极与承托阴极和扩展阴极颗粒，(8)底部进水室起均匀水的作用，(9)出水室收集并排放处理后的水，(10)电极的外接导线向电极输送电流。
在不锈钢筒体内设有主阴极石墨圆筒，石墨圆筒的顶端设有由开孔挡板相隔的出水室，在石墨圆筒的底端由上至下依次设有带微孔的石棉隔膜、网状阳极、以及由进水开孔挡板相隔的进水室，其特征在于：在主阴极石墨圆筒内堆放有作为扩展阴极的石墨颗粒，石墨圆筒的内表面和石墨颗粒的外表面涂有聚吡咯与蒽醌的复合膜。不锈钢筒体与主阴极石墨圆筒体之间设有绝缘筒体。
阴极氧还原生成过氧化氢与阳极析氧的反应与电流密度有着很大的关系，都有其相对应的电流密度。由于通过阴阳两极的电流强度相同，因此改变两个电极的电极面积，使每个电极各具有相应反应的电流密度，最终使两电极同时发生所需要的反应。本实用新型在保证电极电位和电流分布均匀的条件下，将阴极和阳极按一定比例设计，即可达到阴阳两极协同作用的目的。
本实用新型具有如下优点：(1)该反应器采用表面经聚吡咯与蒽醌化学修饰的三维扩展阴极，大大增加了氧传质效果，提高了过氧化氢的电流效率和产率，从而进一步提高了水消毒和污水处理的效果，(2)经化学修饰的主阴极和扩展阴极电化学性能稳定，使用寿命长，(3)利用了阳极的析氧反应，使反应装置的运行更为经济，(4)反应器的运行无二次污染，是一种清洁的水处理装置，(5)操作简便，便于自动化操作，(6)本反应器在使用时，无需向所处理的水中投加任何化学药剂。
附图说明
图1是本实用新型结构示意图。
具备实施方式 现结合附图对本实用新型作进一步的说明：在不锈钢筒体6内设有主阴极石墨圆筒4，石墨圆筒的顶端设有由带开孔挡板3相隔的出水室1，出水室的侧壁设有出水口2，在石墨圆筒的底端由上至下设有带微孔的石棉隔膜7、网状阳极8、以及由进水开孔挡板9相隔的进水室11，进水室的侧壁上设有进水口10，不锈钢筒体与主阴极石墨圆筒体之间设有绝缘筒体(图中未表示出来)，主阴极石墨圆筒内堆放有作为扩展阴极的石墨颗粒5，石墨圆筒的内表面和石墨颗粒的外表面涂有聚吡咯与蒽醌的复合膜。
Claims (2)
1.一种原位高效电催化生成过氧化氢的电化学反应器，在不锈钢筒体内设有主阴极石墨圆筒，石墨圆筒的顶端设有开孔挡板相隔的出水室，在石墨圆筒的底端由上至下依次设有带微孔的石棉隔膜、网状阳极、以及由进水开孔挡板相隔的进水室，其特征在于：在主阴极石墨圆筒内堆放有作为扩展阴极的石墨颗粒，石墨圆筒的内表面和石墨颗粒的外表面涂有聚吡咯与蒽醌的复合膜。
2.根据权利要求1所述的原位高效电催化生成过氧化氢的电化学反应器，其特征在于：不锈钢筒体与主阴极石墨圆筒体之间设有绝缘筒体。
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