[发明专利]同步电生臭氧与双氧水的电解池装置及其制备方法、应用

权利要求书

1.一种同步电生臭氧与双氧水的电解池装置，其特征在于，包括侧面设置有开口的腔室、设置在所述腔室侧面开口处并封闭所述开口的膜电极集合体、设置在所述腔室内部的碳粉/聚四氟乙烯复合电极和钛电极、以及插入到所述腔室底部的氧气导管；所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极和钛电极分别与第一电源的负极和正极电连接，所述膜电极集合体包括依次叠放的Ti/SnO₂-Sb阳极、聚合物电解质膜以及碳布阴极，所述Ti/SnO₂-Sb阳极以及碳布阴极分别与第二电源的正极和负极电连接，其中，所述膜电极集合体中的Ti/SnO₂-Sb阳极位于腔室的内侧并与所述电解液直接接触，所述碳布阴极位于所述腔室的外侧并与空气直接接触。

2.根据权利要求1所述的同步电生臭氧与双氧水的电解池装置，其特征在于，所述腔室中设置有电解液，所述电解液包括NaClO₄、NaCl、NaNO₃、或Na₂SO₄。

3.根据权利要求1所述的同步电生臭氧与双氧水的电解池装置，其特征在于，所述氧气导管的出口设置在所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极的底端侧边位置。

4.一种如权利要求1-3任一所述的同步电生臭氧与双氧水的电解池装置的制备方法，其特征在于，包括步骤：

膜电极集合体的制备：

预先配置SnCl₄的水溶液以及SbCl₃的乙醇溶液；先将裁剪好尺寸的钛网作为电极基材放置到SnCl₄水溶液中电沉积第一预定时间后，取出所述钛网进行第一次烘干处理；随后将所述钛网放置到所述SbCl₃乙醇溶液中电沉积第二预定时间后，取出所述钛网后进行第二次烘干处理；重复多次所述电沉积步骤后，取出所述钛网焙烧第三预定时间后，得到Ti/SnO₂-Sb阳极；

将铂/碳粉催化剂涂覆在预定尺寸的导电碳布上，得到碳布阴极；

将所述Ti/SnO₂-Sb阳极与预配的聚合物电解质膜以及所述碳布阴极依次叠放，经过压制处理后得到产臭氧的膜电极集合体；

碳粉/聚四氟乙烯复合电极的制备：

将碳粉和聚四氟乙烯溶解在无水乙醇中得到的混合物进行超声处理；

对所述混合物进行水浴蒸发处理得到膏状混合物，将所述膏状混合物压缩成若干薄片；

取两片所述薄片夹住相应尺寸的钛网，对所述钛网和薄片进行压制处理后，再进行焙烧成型得到碳粉/聚四氟乙烯复合电极；

电解池装置的装配：

将所述膜电极集合体设置在腔室的开口处并封闭所述开口，所述膜电极集合体中的Ti/SnO₂-Sb阳极以及碳布阴极分别与外接电源的正极和负极电连接；

将所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极设置在所述腔室的内部，所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极和钛电极分别与直流电源的负极和正极电连接；

将氧气导管插入到腔室底部并使得氧气导管的出口位于所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极的底端侧边位置。

5.根据权利要求4所述的同步电生臭氧与双氧水的电解池装置的制备方法，其特征在于，所述膜电极集合体的制备中，第一次烘干处理和第二次烘干处理的温度均为100-160℃，所述焙烧温度为400～500℃。

6.根据权利要求4所述的同步电生臭氧与双氧水的电解池装置的制备方法，其特征在于，所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极的制备中，焙烧成型的温度为300-400℃。

7.一种如权利要求1-3任一所述的同步电生臭氧与双氧水的电解池装置的应用，其特征在于，包括步骤：

将含有PPCPs类污染物的废水倒入电解池装置中的腔室中；

通入氧气并调节第一电源和第二电源中的电流密度，所述膜电极集合体产生的臭氧与所述碳粉/聚四氟乙烯复合电极产生的双氧水耦合产生大量的羟基自由基，所述羟基自由基对废水中的PPCPs类污染物进行降解。