TWM500611U - 淨化處理裝置 - Google Patents

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TWM500611U
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TW
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gas diffusion
container
diffusion electrode
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purification treatment
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TW103221122U
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Chien-Hung Chen
Hsin-Ju Yang
chi-chang Hu
Wei-Chieh Lin
Chih-Ping Huang
Po-Chieh Li
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Ind Tech Res Inst
Nat Univ Tsing Hua
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Description

淨化處理裝置
本創作是有關於一種淨化處理裝置，且特別是有關於一種氣體擴散式淨化處理裝置。
現代人對日常健康的認知逐年上升，飲用水必須進行消毒或殺菌等程序淨化。但習用淨水藥劑含有大量的化學藥劑，且具有很重的藥味，影響使用者飲用意願，再者習用藥劑多為固體藥錠形式，在使用上較難以因應處理水量變化以調整其適度所需劑量，容易產生藥劑殘留或是劑量過少造成消毒效果不彰的情況。此外，工業的有機廢水也必需要經過淨化處理才能排入污水道，以符合國家排放標準，然而常見的淨水設備必須在廢水中加入催化劑且需額外注入氣體，造成淨水成本過高。
本創作係有關於一種淨化處理裝置，淨水效能高且可直接重複使用。
本創作係有關於一種淨化處理裝置，操作方法簡單且淨化快速，不需額外注入氧氣及催化劑。
根據本創作之一方面，提出一種淨化處理裝置， 包括一容置液體的容器、一氣體擴散電極、一電解電極以及一供電單元。容器的側壁設有一開口。氣體擴散電極設置於設有開口的側壁上，以密封開口。氣體擴散電極為多孔性之導電材質，其朝向容器的一面具有疏水性以及一塗佈於此面上的觸媒層，另一面具有透氣性以供容器外之氧氣進入氣體擴散電極中。電解電極設置於容器內。供電單元的一端電性耦接至氣體擴散電極，另一端電性耦接至電解電極，以電解液體。氣體擴散電極能使進入到容器內的氧氣與液體電解產生的氫離子結合，以生成過氧化氫。觸媒層能將生成的過氧化氫催化氧化以產生氫氧自由基，藉以淨化液體。
為了對本創作之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
1‧‧‧淨化處理裝置
10‧‧‧容器
11‧‧‧開口
20‧‧‧氣體擴散電極
21‧‧‧疏水性樹脂
22‧‧‧觸媒層
30‧‧‧電解電極
40‧‧‧供電單元
41‧‧‧太陽能板
50‧‧‧光觸媒元件
60‧‧‧發光燈具
61‧‧‧紫外線燈具
G‧‧‧氣體
W‧‧‧液體
第1圖繪示依照本創作第一實施例之淨化處理裝置。第2圖繪示淨化處理裝置的正視圖。第3圖繪示第2圖之淨化處理裝置沿著A-A線的剖面圖。第4圖繪示依照本創作第二實施例之淨化處理裝置。第5圖繪示依照本創作第三實施例之淨化處理裝置。第6圖繪示依照本創作第四實施例之淨化處理裝置。第7圖繪示依照本創作第五實施例之淨化處理裝置。
本實施例之淨化處理裝置，可為家用或工業用淨水 裝置，其包括一供容置液體之容器、一設於容器側開口處之氣體擴散電極、一設於容器內之電解電極及一與電解電極和氣體擴散電極電性耦接之供電單元。氣體擴散電極的一面具有疏水性，另一面具有透氣性。當電解電極進行氧化反應時會產生氫離子和氧分子，且容器外的空氣及其氧分子(O2 )會穿過氣體擴散電極進入容器內，並與氫離子(H+ )和水分子(H2 O)產生還原反應以生成過氧化氫(H2 O2 )，隨即過氧化氫與觸媒層中之特定金屬或金屬氧化物反應產生氫氧自由基，以達到殺菌及淨化液體的效果。 此外，本實施例之淨化處理裝置還可經由光觸媒元件及/或紫外線燈具進行光催化氧化反應，以產生強氧化劑(OH‧)，藉此達到更方便且更有效率的淨化功效。
請參照第1至7圖，其中第1圖繪示依照本創作第 一實施例之淨化處理裝置1，第2圖繪示淨化處理裝置1的正視圖，第3圖繪示第2圖之淨化處理裝置1沿著A-A線的剖面圖。 淨化處理裝置1包括一容器10、一氣體擴散電極20、一電解電極30以及一供電單元40。第4圖繪示依照本創作第二實施例之淨化處理裝置，其與第3圖所述之第一實施例的差異在於：容器10內部更設有一光觸媒元件50。第5圖繪示依照本創作第三實施例之淨化處理裝置，其與第4圖所述之第二實施例的差異在於：更包括一發光燈具60。第6圖繪示依照本創作第四實施例之淨化處理裝置，其與第3圖所述之第一實施例的差異在於：更包 括一紫外線燈具61。第7圖繪示依照本創作第五實施例之淨化處理裝置，其與第3圖所述之第一實施例的差異在於：供電單元包括太陽能板41。
以下係針對各實施例進行詳細說明，上述各實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本創作欲保護之範圍。
在淨化處理裝置1中，容器10用以容置水或有機廢水，例如PH<4的酸性液體W，且容器10的側壁設有一開口11。側壁的開口11受到氣體擴散電極20遮蔽並且密封，以避免液體W外露。為了讓氣體能經由氣體擴散電極20進入容器10內，氣體擴散電極20為多孔性的導電材質，例如是包含碳的布狀材質或纖維材質等軟性基材，或者是其他硬質材料，並可包含氮(N)或鈷(Co)元素成分的材質或包含鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或銅(Cu)等金屬粉體。藉由多孔性結構，氣體擴散電極20背向容器10的一面具有透氣性，以供該容器10外之氧氣進入該氣體擴散電極20中。此外，氣體擴散電極20朝向容器10的一面具有疏水性，例如由疏水性樹脂21(例如選自氟系樹脂)所構成，此疏水性樹脂21可讓氣體G例如氧分子通過，但無法讓液體W例如水分子通過，以避免液體W外露。
另外，疏水性樹脂21上還可塗佈一觸媒層22。此觸媒層22可由鐵、銅、鈷中之至少一種材質所構成，以對生成的過氧化氫進行催化氧化反應，進而產生具有高氧化力的氫氧自由基(OH‧)，用以分解液體W中有害物質。
電解電極30設於容器10內並呈條狀、片狀或管狀(圖中僅繪示條狀)。電解電極30例如是由金屬基材(例如鈦基材)和塗佈在金屬基材上具有電催化活性金屬氧化物的表面活性塗層所組成，常見的電解電極30例如是尺寸穩定性陽極(dimensionally stable anode,DSA)電極，活性金屬氧化物例如是RuO2 ,IrO2 ,TiO2 ,SnO2 ,PbO2 ,Ta2 O5 等。此外，電解電極30亦可採用類鑽碳或金屬複合材質製成。DSA電極具有化學穩定性高和使用壽命長等優點，而且在電化學氧化過程中，DSA電極表面可以產生強氧化力的自由基，進而氧化有機廢水中的污染物。
供電單元40可包括電池或太陽能板41，其一端電性耦接至電解電極30，以供給正電給電解電極30，而另一端電性耦接至氣體擴散電極20，以供給負電給氣體擴散電極20。供電單元40施加一工作電壓於電解電極30與氣體擴散電極20之間，使水或有機廢水在電解電極30產生氧化反應，而由容器10外進入的氧氣在氣體擴散電極20產生還原反應，如下列反應式(1)和(2)：H2 O→O2 +4H+ +4e- (1)
O2 +2H+ +2e- →H2 O2 (2)
亦即在酸性的環境(較佳為PH<4)下，經由氣體擴散電極20進入容器10內的氧氣可與電解時產生的氫離子結合，以生成過氧化氫。此外，生成的過氧化氫與觸媒層22中之特定金屬(例如亞鐵離子)或金屬氧化物反應產生氫氧自由基 (OH‧)，藉以淨化容器10內的液體W，如下列反應式(3)：Fe2+ +H2 O2 →Fe3+ +OH- +OH‧ (3)
由於經由氣體擴散電極20從容器10外的空氣中補充取得氧氣，所以容器10內的過氧化氫(H2 O2 )產生數量不會受到容器10內的液體W溶氧度限制，且本創作之淨化處理裝置1應用電化學及催化氧化的方式進行淨化，故不需額外添加藥劑或調整劑量，並可重複使用，讓淨化更為便利有效及減少使用者淨水成本。
請參照第4圖，在第二實施例中，光觸媒元件50設置於容器10內，以光催化氧化反應淨化液體W。光觸媒元件50可由塗佈金屬氧化物的基材所構成，金屬氧化物包含鈦元素，例如是二氧化鈦。光觸媒元件50除了將液體W(H2 O)解析出氫氧自由基(OH‧)以外，亦可使生成的過氧化氫(H2 O2 )分解以產生強氧化劑(OH‧)，藉此達到滅菌和淨化液體W的功效。在第三實施例中，光源充足的使用情況下，光觸媒元件50可接收容器10外射入的可見光或紫外光，如此，光觸媒元件50可在未安裝其他燈具下進行光催化氧化反應。
請參照第5圖，在第三實施例中，發光燈具60設置於容器10的一側並與供電單元40電性耦接，用以照射光觸媒元件50，以協助光觸媒元件50進行光催化氧化反應。發光燈具60例如為可見光燈具或紫外線燈具。
請參照第6圖，在第四實施例中，紫外線燈具61 設置於容器10的一側並與供電單元40電性耦接，用以照射液體W，使生成的過氧化氫(H2 O2 )分解以產生強氧化劑(OH‧)，其反應式為：hν+H2 O2 →2(OH‧)，藉此達到滅菌和去除有機污染物的功效。
請參照第7圖，在第五實施例中，供電單元40可包 括太陽能板41，藉由太陽能板41吸收太陽能並轉換成電力，使儲存在電池中的電力可做為發光燈具60、紫外線燈具61的電力及/或電解電極30和氣體擴散電極20對液體W電解淨化所需的電力。
本創作上述各實施例所揭露之淨化處理裝置，係應 用電化學及催化氧化的方式進行淨化，故不需額外添加藥劑或調整劑量，並可重複使用，讓淨化更為便利有效及減少使用者淨水成本，進而達到滅菌和去除有機污染物的功效。
綜上所述，雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型。本新型所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本新型之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧淨化處理裝置
10‧‧‧容器
20‧‧‧氣體擴散電極
30‧‧‧電解電極
40‧‧‧供電單元

Claims (13)

  1. 一種淨化處理裝置，包括：一容置液體的容器，該容器的側壁設有一開口；一氣體擴散電極，設置於設有該開口的側壁上，以密封該開口，該氣體擴散電極為多孔性之導電材質，其朝向該容器的一面具有疏水性以及一塗佈於該面上的觸媒層，另一面具有透氣性以供該容器外之氧氣進入該氣體擴散電極中；一電解電極，設置於該容器內；以及一供電單元，其一端電性耦接至該氣體擴散電極，另一端電性耦接至該電解電極，以電解該液體；其中該氣體擴散電極能使進入到該容器內的氧氣與該液體電解產生的氫離子結合，以生成過氧化氫，其中該觸媒層能將生成的過氧化氫催化氧化以產生氫氧自由基，藉以淨化該液體。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，更包括一光觸媒元件，設置於該容器內，其中生成的過氧化氫經該光觸媒元件催化氧化以產生強氧化劑。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之淨化處理裝置，其中該光觸媒元件由塗佈金屬氧化物的基材所構成，該金屬氧化物包含鈦元素。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之淨化處理裝置，更包括一與該供電單元電性耦接的發光燈具，該發光燈具照射該光觸媒元 件，以使生成的過氧化氫經該光觸媒元件催化氧化以產生強氧化劑。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之淨化處理裝置，其中該發光燈具為可見光燈具或紫外光燈具。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，更包括一與該供電單元電性耦接的紫外線燈具，該紫外線燈具照射生成的過氧化氫並將過氧化氫分解為強氧化劑。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，其中該供電單元包括電池或太陽能板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，其中該氣體擴散電極為包含碳的布狀材質或纖維材質。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，該氣體擴散電極內包含氮(N)或鈷(Co)元素成分的材質或包含鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或銅(Cu)的金屬粉體。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，其中該氣體擴散電極朝向容器的該面由疏水性樹脂所構成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，其中該觸媒層由鐵、銅、鈷中之至少一種材質所構成。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之淨化處理裝置，其中該電解電極由金屬基材和塗佈在該金屬基材上具有電催化活性金屬氧化物的表面活性塗層所組成。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之淨化處理裝置，其中電解 電極為尺寸穩定性陽極電極。
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