[发明专利]一种膜电极电解臭氧发生器及其制备工艺

说明书

本发明提供一种膜电极电解臭氧发生器及其制备工艺，包括阳离子交换膜及其两侧分别设置的阴极结构和阳极结构，其特点是：阴极导流‑紧固板上设置密封圈，阴极微孔板放入密封圈内与阴极导流‑紧固板贴紧，阴极催化剂置于密封圈内与阴极微孔板贴合，用紧固件将所述的阴极结构、阳离子交换膜、阳极结构紧固为一体。所述的阴极催化剂由Ti₂O₃颗粒或Ti₂O₃颗粒与分离物颗粒混合物构成阴极催化剂颗粒层，降低了膜电极电解臭氧发生器阴极催化剂的材料成本。用压力压紧后紧固的阴极催化剂颗粒层与阳离子交换膜接触更均匀，解决了电解臭氧发生器膜电极电流分布不均匀的问题，有效地提高了膜电极电解臭氧发生器的使用寿命。

技术领域

本发明属于电化学制备臭氧技术领域，涉及膜电极电解臭氧发生器膜电极的阴极催化剂结构与工艺，具体说是一种膜电极电解臭氧发生器及其制备工艺。

背景技术

臭氧为人类应用已有一百多年的历史，今后也将为人类更广泛、深入地应用。

人工制备臭氧的方法有几种，一般实际应用的有两类方法：以空气或氧气为原料的高压电晕法，和以去离子水为原料的电化学电解法。

膜电极电解臭氧发生器就是电化学电解法的具体产品。

膜电极电解臭氧发生器以去离子水为原料，阴极电解生成氢气，阳极电解生成氧气和臭氧。原料去离子水电解成的氢气、氧气和臭氧自然是高纯度、高浓度。由于这个优点，膜电极电解法产生的臭氧在消毒、医疗、大规模集成电路的氧化加工工艺等诸多方面已有广泛的应用和良好的发展前景。

膜电极电解臭氧发生器原理：

当外界输入直流电，在电场和催化剂的作用下，水（H₂O）的H⁺通过阳离子交换膜的磺酸阳离子团链发生的H⁺伴同水分子的迁移，电化学反应式为：

阴极析氢反应 2H⁺+2e^-→H₂↑

阴极氧去极化反应 1/2O₂+2H⁺+e^-→H₂O

阳极主反应 H₂O→1/3O₃↑+2e^-+2H⁺

阳极副反应 H₂O→1/2O₂↑+2e^-+2H⁺

膜电极电解臭氧发生器核心部件是膜电极，膜电极是由全氟磺酸阳离子交换膜（简称阳离子交换膜）以及紧贴膜两侧的阴、阳极催化剂，以多种工艺方法制备成。阳离子交换膜一般采用杜邦Nafion^@阳离子交换膜。阴极催化剂一般采用铂族金属、金、银、镍、钌或其金属混合物，阳极催化剂一般采用铂系金属、金、二氧化铅。

膜电极制备方法曾经使用过以下工艺：

采用热压工艺制备膜电极复合，该工艺在80-100℃的温度条件下，把阴、阳极催化剂压在阳离子交换膜上，成型的膜电极在常温、常湿条件下存放时会发生变形，不便于生产使用。

采用无电解电镀的方法构成膜复合电极，在离子交换膜的两侧分别电沉积一层催化剂，该方法使用的金属离子、氧化剂或还原剂的浓度在化学镀过程中必须严格保证电解液的浓度、温度、PH值的稳定，否则难以保证催化剂的质量。