由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法及設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種生成臭氧的電化學(xué)方法，尤其是一種操作簡(jiǎn)單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]臭氧是一種強(qiáng)氧化性的不穩(wěn)定氣體，易分解而無法儲(chǔ)存，因此實(shí)際使用時(shí)需現(xiàn)場(chǎng)制取?，F(xiàn)有生成臭氧的主要方法有等離子體法和電化學(xué)方法。等離子體法是采用氧氣、空氣或富氧空氣作為生成臭氧的原料，通過介質(zhì)阻擋放電或電暈放電產(chǎn)生等離子體，氧分子在等離子體中解離為氧原子，隨后氧原子與氧分子通過三體碰撞反應(yīng)生成臭氧。等離子體法生成臭氧的主要缺點(diǎn)是:當(dāng)以空氣或富氧空氣為原料時(shí)，不可避免會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物(NOx)等有害和腐蝕性氣體；以純氧為原料，雖可避免氮氧化物的生成，但因純氧不易獲得，不僅增加了臭氧的生產(chǎn)成本，而且在使用上也受到限制。電化學(xué)方法一般是采用固體電解質(zhì)膜電解水技術(shù)，其電解池的陽極側(cè)產(chǎn)生臭氧和氧氣，同時(shí)陰極側(cè)產(chǎn)生氫氣。電化學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)是所獲得的產(chǎn)物不含氮氧化合物等雜質(zhì)，但存在兩大缺點(diǎn):其一是陰極側(cè)產(chǎn)生易燃易爆的氫氣，不能直接排放，操作復(fù)雜且存在安全隱患；其二是能耗過大，耗費(fèi)大量的電和高純度的水，成本較高。
[0003]目前，氫燃料電池應(yīng)用已很普遍，其工作原理是:將氫氣送到燃料電池的負(fù)極，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個(gè)電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)燃料電池正極，而電子只能經(jīng)負(fù)載到達(dá)燃料電池正極。電子到達(dá)正極后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。
[0004]但是，迄今為止還沒有將氫燃料電池與水電解池相結(jié)合生成臭氧的方法及設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問題，提供一種操作簡(jiǎn)單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法及設(shè)備。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行:
a.用至少兩個(gè)水電解池電解水，其中一個(gè)水電解池由氫燃料電池供電，匯集水電解池陰極側(cè)產(chǎn)生的氫氣及陽極側(cè)產(chǎn)生的臭氧和氧氣；
b.將含氧氣體及所匯集的氫氣分別供給所述氫燃料電池的正極和負(fù)極；
c.將所述氫燃料電池產(chǎn)生的水輸送至所述水電解池。
[0007]一種由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法用設(shè)備，設(shè)有一個(gè)氫燃料電池，所述氫燃料電池的排氣口與氣液分離器相接，所述氣液分離器的水出口通過第一閥門與至少兩個(gè)水電解池的原料入口相接，所述氫燃料電池的電輸出端與一個(gè)水電解池相接，其余水電解池與直流電源相接，所述水電解池的氫氣出口通過第二閥門與氫燃料電池的負(fù)極相接，所述水電解池的臭氧和氧氣出口與第三閥門相接。
[0008]本發(fā)明是將含氧氣體通過氫燃料電池轉(zhuǎn)化為水，再以所生成的水作為水電解池的原料生成臭氧，所生成的臭氧不含氮氧化合物等雜質(zhì)，純度高。水電解池電解水產(chǎn)生的氫氣作為氫燃料電池的原料，氫燃料電池產(chǎn)生的電能又為其中一個(gè)水電解池供電。不僅節(jié)省電能和水，降低生成臭氧的成本，而且充分利用的氫氣，消除了安全隱患。本發(fā)明既適用于大規(guī)模、穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行，也適用于室內(nèi)、外等場(chǎng)所靈活便攜使用。
【附圖說明】
[0009]附圖1是本發(fā)明實(shí)施例的設(shè)備連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所不:設(shè)有一個(gè)氫燃料電池I，氫燃料電池I的排氣口與氣液分離器2相接，氣液分離器2的水出口通過第一閥門3分別與兩個(gè)水電解池4的原料入口相接，氫燃料電池I的電輸出端與一個(gè)水電解池4相接，另一水電解池4與直流電源5 (MPS30直流穩(wěn)流電源)供電。相接，水電解池4的氫氣出口通過第二閥門6與氫燃料電池I的負(fù)極相接，水電解池4的臭氧和氧氣出口與第三閥門7相接。
[0011]所用氫燃料電池I及水電解池4均為現(xiàn)有技術(shù)，燃料電池的參數(shù)如下:干態(tài)的H2/AIR ;操作壓力常壓；操作溫度30~80°C ;mPt, MEA=0.7mg/cm2;單池測(cè)試；氫氣循環(huán)利用，空氣流速為100 ml/min ;有效面積為5cm2。
[0012]水電解池的參數(shù)如下:水電解池溫度為45 °C，常壓，水流量15ml/min，單池測(cè)試，有效面積為5cm2，能夠電解水產(chǎn)生氫氣、臭氧和氧氣。水電解池4至少兩個(gè)，但只有一個(gè)是由氫燃料電池供電。
[0013]亦可將純凈水輸入管路與氣液分離器2的入口相接，可根據(jù)需要在設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，輸入部分純凈水。
[0014]工作過程如下:
1.先將純凈水輸入至兩個(gè)水電解池4，由直流電源5供電的水電解池4首先工作，電解水后所產(chǎn)生的臭氧和氧氣出口通過第三閥門7后收集；
2.將含氧氣體(空氣)供給氫燃料電池I的正極，水電解池4所產(chǎn)生的氫氣通過第二閥門6供給氫燃料電池I的負(fù)極，氫燃料電池I則產(chǎn)生水蒸氣和電能；
3.氫燃料電池I所產(chǎn)生的水蒸氣經(jīng)過氣液分離器2分離，所得到的貧氧或無氧氣體可直接排放，也可作為副產(chǎn)品收集利用，所得到的水則通過第一閥門3輸送至兩個(gè)水電解池4作為原料，氫燃料電池I所產(chǎn)生的電為一個(gè)水電解池4供電；
4.兩個(gè)水電解池同時(shí)工作，電解水后所產(chǎn)生的臭氧和氧氣出口通過第三閥門7后收集，重復(fù)2~4步驟，循環(huán)進(jìn)行。
[0015]若不計(jì)揮發(fā)或蒸發(fā)因素帶來的損耗，水是不需要額外添加的。
[0016]常壓下，燃料電池I和水電解池4的工作溫度分別保持在60 0C和45 °C，空氣以100 ml/min輸入氫燃料電池I的正極側(cè)，MPS30直流穩(wěn)流電源5輸入電流2 A，產(chǎn)出臭氧氣體流量20 ml/min，臭氧濃度為12 wt%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行: a.用至少兩個(gè)水電解池電解水，其中一個(gè)水電解池由氫燃料電池供電，匯集水電解池陰極側(cè)產(chǎn)生的氫氣及陽極側(cè)產(chǎn)生的臭氧和氧氣； b.將含氧氣體及所匯集的氫氣分別供給所述氫燃料電池的正極和負(fù)極； c.將所述氫燃料電池產(chǎn)生的水輸送至所述水電解池。
2.一種如權(quán)利要求1所述的由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法用設(shè)備，其特征在于:設(shè)有一個(gè)氫燃料電池(I )，所述氫燃料電池(I)的排氣口與氣液分離器(2)相接，所述氣液分離器(2)的水出口通過第一閥門(3)與至少兩個(gè)水電解池(4)的原料入口相接，所述氫燃料電池(I)的電輸出端與一個(gè)水電解池(4)相接，其余水電解池(4)與直流電源(5)相接，所述水電解池(4 )的氫氣出口通過第二閥門(6 )與氫燃料電池(I)的負(fù)極相接，所述水電解池(4)的臭氧和氧氣出口與第三閥門(7)相接。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種由含氧氣體電化學(xué)生成臭氧的方法及設(shè)備，方法是用至少兩個(gè)水電解池電解水，其中一個(gè)水電解池由氫燃料電池供電，匯集水電解池陰極側(cè)產(chǎn)生的氫氣及陽極側(cè)產(chǎn)生的臭氧和氧氣；將含氧氣體及所匯集的氫氣分別供給所述氫燃料電池的正極和負(fù)極；將所述氫燃料電池產(chǎn)生的水輸送至所述水電解池。設(shè)備是設(shè)有一個(gè)氫燃料電池，氫燃料電池的排氣口與氣液分離器相接，氣液分離器的水出口與至少兩個(gè)水電解池的原料入口相接，氫燃料電池的電輸出端與一個(gè)水電解池相接，水電解池的氫氣出口與氫燃料電池的負(fù)極相接，水電解池的臭氧和氧氣出口與閥門相接。
【IPC分類】C25B9-04, C25B1-13, C25B1-04
【公開號(hào)】CN104862732
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510222879
【發(fā)明人】朱曉兵, 張建輝, 朱愛民, 李小松, 劉景林
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月5日