由含氧氣體電化學生成臭氧的方法及設備的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種生成臭氧的電化學方法，尤其是一種操作簡單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學生成臭氧的方法及設備。
【背景技術】
[0002]臭氧是一種強氧化性的不穩定氣體，易分解而無法儲存，因此實際使用時需現場制取。現有生成臭氧的主要方法有等離子體法和電化學方法。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，通過介質阻擋放電或電暈放電產生等離子體，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生成臭氧。等離子體法生成臭氧的主要缺點是:當以空氣或富氧空氣為原料時，不可避免會產生氮氧化合物(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成本，而且在使用上也受到限制。電化學方法一般是采用固體電解質膜電解水技術，其電解池的陽極側產生臭氧和氧氣，同時陰極側產生氫氣。電化學方法的優點是所獲得的產物不含氮氧化合物等雜質，但存在兩大缺點:其一是陰極側產生易燃易爆的氫氣，不能直接排放，操作復雜且存在安全隱患；其二是能耗過大，耗費大量的電和高純度的水，成本較高。
[0003]目前，氫燃料電池應用已很普遍，其工作原理是:將氫氣送到燃料電池的負極，經過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質子)穿過質子交換膜，到達燃料電池正極，而電子只能經負載到達燃料電池正極。電子到達正極后，與氧原子和氫離子重新結合為水。
[0004]但是，迄今為止還沒有將氫燃料電池與水電解池相結合生成臭氧的方法及設備。
【發明內容】
[0005]本發明是為了解決現有技術所存在的上述技術問題，提供一種操作簡單、成本低、安全可靠的由含氧氣體電化學生成臭氧的方法及設備。
[0006]本發明的技術解決方案是:一種由含氧氣體電化學生成臭氧的方法，其特征在于按照如下步驟進行:
a.用至少兩個水電解池電解水，其中一個水電解池由氫燃料電池供電，匯集水電解池陰極側產生的氫氣及陽極側產生的臭氧和氧氣；
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極；
c.將所述氫燃料電池產生的水輸送至所述水電解池。
[0007]一種由含氧氣體電化學生成臭氧的方法用設備，設有一個氫燃料電池，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]本發明是將含氧氣體通過氫燃料電池轉化為水，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，純度高。水電解池電解水產生的氫氣作為氫燃料電池的原料，氫燃料電池產生的電能又為其中一個水電解池供電。不僅節省電能和水，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。本發明既適用于大規模、穩定連續運行，也適用于室內、外等場所靈活便攜使用。
【附圖說明】
[0009]附圖1是本發明實施例的設備連接示意圖。
【具體實施方式】
[0010]如圖1所不:設有一個氫燃料電池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的電輸出端與一個水電解池4相接，另一水電解池4與直流電源5 (MPS30直流穩流電源)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均為現有技術，燃料電池的參數如下:干態的H2/AIR ;操作壓力常壓；操作溫度30~80°C ;mPt, MEA=0.7mg/cm2;單池測試；氫氣循環利用，空氣流速為100 ml/min ;有效面積為5cm2。
[0012]水電解池的參數如下:水電解池溫度為45 °C，常壓，水流量15ml/min，單池測試，有效面積為5cm2，能夠電解水產生氫氣、臭氧和氧氣。水電解池4至少兩個，但只有一個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，可根據需要在設備啟動時，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所產生的氫氣通過第二閥門6供給氫燃料電池I的負極，氫燃料電池I則產生水蒸氣和電能；
3.氫燃料電池I所產生的水蒸氣經過氣液分離器2分離，所得到的貧氧或無氧氣體可直接排放，也可作為副產品收集利用，所得到的水則通過第一閥門3輸送至兩個水電解池4作為原料，氫燃料電池I所產生的電為一個水電解池4供電；
4.兩個水電解池同時工作，電解水后所產生的臭氧和氧氣出口通過第三閥門7后收集，重復2~4步驟，循環進行。
[0015]若不計揮發或蒸發因素帶來的損耗，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，MPS30直流穩流電源5輸入電流2 A，產出臭氧氣體流量20 ml/min，臭氧濃度為12 wt%。
【主權項】
1.一種由含氧氣體電化學生成臭氧的方法，其特征在于按照如下步驟進行: a.用至少兩個水電解池電解水，其中一個水電解池由氫燃料電池供電，匯集水電解池陰極側產生的氫氣及陽極側產生的臭氧和氧氣； 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極； c.將所述氫燃料電池產生的水輸送至所述水電解池。
2.一種如權利要求1所述的由含氧氣體電化學生成臭氧的方法用設備，其特征在于:設有一個氫燃料電池(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】本發明公開一種由含氧氣體電化學生成臭氧的方法及設備，方法是用至少兩個水電解池電解水，其中一個水電解池由氫燃料電池供電，匯集水電解池陰極側產生的氫氣及陽極側產生的臭氧和氧氣；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極；將所述氫燃料電池產生的水輸送至所述水電解池。設備是設有一個氫燃料電池，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水電解池的原料入口相接，氫燃料電池的電輸出端與一個水電解池相接，水電解池的氫氣出口與氫燃料電池的負極相接，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】CN104862732
【申請號】CN201510222879
【發明人】朱曉兵, 張建輝, 朱愛民, 李小松, 劉景林
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月5日