[发明专利]一种三电极低压电解臭氧发生装置

权利要求书

1.一种三电极低压电解臭氧发生装置，包括阳极电极（1）、阴极电极（2）及质子交换膜（3），阳极电极（1）、阴极电极（2）通过导电片（6）与外部第一电源（12）连接构成第一回路，由离子交换膜（3）传递电子和质子，其特征在于还包括第三电极（4），第三电极（4）与阴极电极（2）通过导电片（6）与外部第二电源（13）连接构成第二回路，第二回路中，第三电极（4）为阴极，阴极电极（2）为阳极；第一回路与第二回路构成三电极系统，两个回路之间有电压差，外部第一电源（12）对流经第一回路的水进行电解生成臭氧，外部第二电源（13）对第二回路引入电压差促使水中的金属离子从阴极电极（2）迁移至第三电极（4），将阳极电极（1）、阴极电极（2）的结垢现象转移至第三电极（4），再通过柠檬酸、稀盐酸或其他弱酸溶液清除第三电极上的水垢；

所述阴极电极（2）为含铂或铂合金镀层的耐腐蚀金属板；阴极电极（2）同时作为电解水产氢的催化剂，阴极电极（2）中的铂或铂合金镀层通过物理气相沉积法在耐腐蚀金属板上实现铂或铂合金的镀涂，铂合金为二元或三元铂合金；

所述阳极电极为杂原子掺杂金刚石板（1），杂原子掺杂金刚石板（1）中的杂原子为硼或硼与氮、氧、磷中的一种或多种元素，杂原子掺杂金刚石板基底采用单晶硅、多晶硅、铌板、碳化硅板或钽板，杂原子掺杂金刚石板通过化学气相沉积法制备得到，化学气相沉积法的碳源和氢源分别采用甲烷和氢气，所生长的杂原子掺杂金刚石的厚度为1-20μm，面积比电容为2-50mF/cm²，电阻为2-40Ω/cm²。

2.根据权利要求1所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于阳极电极为作为阳极电解水产臭氧的催化剂。

3.根据权利要求1所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于硼源为硼酸三甲酯、乙基硼酸、硼酸三乙酯、硼酸频那醇异丁酯或硼烷，氧源为氧气、氧杂环丁烷-3-酮、三聚甲醛、氧杂环丁烷或3-氧杂环丁酮，磷源为磷烷、聚磷酸、偏磷酸、磷酸三苯酯或二苯基磷酸；氮源为氮气、氨气、吡啶、吡咯、吖啶或2,2'-联吡啶。

4.根据权利要求1所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于硼源和氮源同时为吡啶-2-硼酸二甲酯、3-吡咯基硼酸、6-吡咯基-3-吡啶硼酸或1-Boc-吡咯-2-硼酸，氧源为氧气、氧杂环丁烷-3-酮、三聚甲醛、氧杂环丁烷或3-氧杂环丁酮，磷源为磷烷、聚磷酸、偏磷酸、磷酸三苯酯或二苯基磷酸。

5.根据权利要求1所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于阴极电极（2）为作为电解水产氢的催化剂。

6. 根据权利要求5所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于阴极电极（2）中的铂合金为铂钴、铂铁、铂镍、铂钼、铂钴铁或铂钴镍，铂或铂合金镀层的厚度为0.01-2μm，质量分数为0.01-1%，电化学活性面积为30-100 m²/g。

7.根据权利要求1所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于阳极电极为杂原子掺杂金刚石板（1），并作为阳极电解水产臭氧的催化剂；阴极电极（2）为含铂或铂合金镀层的耐腐蚀金属板，并作为电解水产氢的催化剂。

8.根据权利要求5-7任一项所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于耐腐蚀金属板为多孔不锈钢片、钛片、镍片或铝合金片。

9. 根据权利要求1-7任一项所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于质子交换膜为Nafion N115、Nafion N117、Nafion D520、Nafion NRE212、Nafion NRE211、NafionHP、fumasep F-10120、fumasep FKS-30、fumasepFKS-50或fumasepFKS-PET-75。