[实用新型]电解式臭氧发生器膜电极组件

说明书

技术领域：

本实用新型涉及用于电解式臭氧发生器的膜电极组件，属于环境保护技术领域。

技术背景：

为了利用臭氧的强氧化性杀菌消毒，而且无二次污染的优势，一百多年来发展了各种臭氧发生器。其中，使用固体聚合物电解质膜的电解式臭氧发生器，对于产生高浓度臭氧来说，是非常成功的。目前，国内生产电解式臭氧发生器的常用结构是，固体聚合物电解质膜(亦称质子交换膜)为杜邦N-117，在膜的两侧覆有气体扩散层和阴阳极催化层，经热压组成膜电极组件。膜电极组件是电解式臭氧发生器的“心脏”，对发生器的性能起关键作用。其中，气体扩散层多以碳纸或碳布为基础，而它们又极为脆弱，必须经过特殊处理。经处理后的碳纸或碳布要具备以下特性：1，具有一定的强度和韧性，并经得起水浸泡；2，保持原碳纸或碳布的导电、透水和透气的性能。实际上，前者为憎水性，后者为疏水性，要求二者达到最佳的匹配，这是一件有相当难度的事情。在经过处理的碳纸或碳布的一侧还需涂覆阴阳极催化剂，经烧结后，再与质子交换膜一起热压，组成膜电极组件，组装在发生器中央。

上述可见，对于电极层和催化层的配方、涂刷及制备工艺有严格的要求，稍有偏离就会导致发生器性能“退化”或失效，发生器性能离散性大的原因亦在于此。

再者，热压是制备膜电极组件的必要工序，但如果热压温度和压力过高，会造成膜结构的损伤和性能下降；热压温度和压力不够，则膜电极组件结合不牢，在工作时有部分添加物及催化剂剥离脱落，出气水瓶被黑、褐色沉淀物污染，发生器失效。另外，在制备膜电极组件过程中，部分催化剂被粘结剂包裹，也影响其催化活性。因此，现在市场上的电解式臭氧发生器的工作稳定性和使用寿命依然是人们关注的问题。

实用新型内容：

本实用新型的目的是：提供一种工艺简单，且结构合理的电解式臭氧发生器膜电极组件，完全摆脱粘结、涂覆、压制阴阳极催化剂颗粒等过程，能够保证电解式臭氧发生器长期稳定运行。

本实用新型的技术方案是：对一定孔径的多孔钛板表面和孔隙内沉积上阳极催化剂β--PbO₂成为多孔阳极板；对多孔钛板的表面和孔隙内沉积上阴极催化剂Pt成为多孔阴极板。在上述两块阴极板和阳极板之间夹紧质子交换膜(杜邦N-117膜)，由此组成本实用新型的膜电极组件。

膜电极组件的制作工艺主要包括：首先将多孔钛板用硫酸-草酸-乙酸水溶液酸蚀，再在盐酸水溶液内进行表面活化，洗净后置于去离子水中待用。

然后，对多孔钛板沉积催化剂β--PbO₂，成为多孔阳极板；对多孔钛板沉积催化剂Pt，成为多孔阴极板。在一对阴极板和阳极板之间放置质子交换膜(杜邦N-117)组装夹紧，构成本实用新型的电解式臭氧发生器膜电极组件。

最后，将新组装的膜电极组件，装入臭氧发生器中，通电激活催化剂，成为可投入使用的电解式臭氧发生器。

采用本实用新型的膜电极组件的电解式臭氧发生器，在通电后，原料水经聚四氟乙烯框体流入多孔阴阳极板到达质子交换膜，发生电解反应，所得的O₂+O₃和H₂，由膜两侧的各自通道引出。

采用本实用新型的膜电极组件的电解式臭氧发生器组装简便，工作稳定，产气量大，使用寿命长。

本实用新型的有益效果是：对电解式臭氧发生器的关键部件——膜电极组件的结构进行全新理念的变革，提出的多孔阴极板和多孔阳极板是集催化、导电、透气、透水功能于一体，完全摆脱粘结、涂覆、压制阴阳极催化剂等过程，本电解式臭氧发生器膜电极组件，彻底解决常规膜电极组件的寿命和性能离散性大的问题，保证该类发生器能长期稳定地运行。而且制作简单，组装方便，有利于批量生产。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图是本实用新型的电解式臭氧发生器膜电极组件结构示意图

图中1、质子交换膜，2、多孔阴极板，3、阴极导电座，4、聚四氟乙烯框体，5、密封垫，6、多孔阳极板，7、阳极导电座

具体实施方式：

首先，将具有一定孔径的多孔钛板作预处理，用一定比例的硫酸-草酸-乙酸水溶液在50-60℃，酸蚀15-30分钟，再用1∶1盐酸水溶液在80℃加热20分钟，进行表面活化，洗净后置于去离子水中待用。