一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器制造技术

一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器，所述反应器包括一个气体腔室和两个液体腔室，两个液体腔室分为工作室腔室和辅助室腔室，且所述气体腔室和所述工作室腔室均为透明腔室，且各自的体积为10～1000mL；气体腔室上部设有气体导出接嘴和气体导入管；气体扩散电极组件密封夹设于气体腔室与工作室腔室之间；所述工作室腔室的顶部和所述辅助室腔室的顶部均开口，依次放置参比电极组件和对电极；所述参比电极组件包括参比电极、鲁金毛细管和/或盐桥；另外，所述工作室腔室内的底部放置一搅拌转子，用于对其内部的电解液进行搅拌。本实用新型专利技术的结构简单、拆装简便，实验时可实时观测、监控实验进程，以及搅拌电解液增强其传质过程。质过程。质过程。

【技术实现步骤摘要】
一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器


[0001]本技术涉及一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器。

技术介绍

[0002]气体扩散电极是一种具有特殊结构的多孔膜电极，它一般由集流体层、气体扩散层和催化层构成，相比于普通固体电极，能使气体非常容易的到达电极内部。实验工作时，反应气体通过疏水的多孔气体扩散层，进入到催化层，与渗透到催化层的液体反应物粒子，在外电路电位的作用下，发生气体
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液体
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电极(催化剂)三相界面的电催化反应。
[0003]电化学电极反应过程涉及液相中反应粒子向电极表面的输送和反应产物粒子离开电极表面两个液相传质过程，在许多情况下，上述的液相传质过程会成为电极反应进程的控制步骤，而液相传质过程包括电迁移、对流和扩散三种方式。一般通过调节电解液的流动速率来改变电解液的对流传质作用，如进行快速的搅拌达到增强强制对流的作用效果，其往往作为改变液相传质作用的控制变量因素之一。专利CN 105316700A公布了一种电化学还原CO2反应用电解池。该技术电解池由阴极室、阳极室和气液分离器三部分构成，阴极室作为CO2还原的反应腔室，分为上、下两个腔体，气体扩散电极位于上、下两腔体中间，CO2气体由下腔体到达气体扩散电极内部，上腔体内靠近气体扩散电极位置处放置参比电极及鲁金毛细管。该电解池阴极室内电解液在实验操作时不便于进行如搅拌操作来加快液体运动速率，需考虑其他的手段来增强液体传质作用过程。
[0004]气体扩散电极的特点特性与新能源、新材料的开发与利用，以及绿色化学化工、循环可持续的发展理念紧密贴合，其具有广阔的应用前景，如使用气体扩散电极电化学还原CO2技术、电化学还原O2制备H2O2以及电化学还原N2合成NH3等。因此，对使用气体扩散电极电化学反应器的研究与开发，不仅有利于深化气体扩散电极基础理论体系的理解，而且更有利于未来用其来指导工业化应用。

技术实现思路

[0005]为了克服上述技术存在的不足之处，本技术提供一种针对实验室研究使用气体扩散电极的电化学反应器，其结构简单、拆装简便，实验时可实时观测、监控实验进程，且可通过对工作室内电解液的快速搅拌来达到强化液体传质的目的。
[0006]本技术所述的一种带气体扩散电极的实验用电化学反应器，其特征在于，包括反应室腔体和电极组件，
[0007]所述反应器腔体包括一个气体腔室和两个液体腔室，两个液体腔室分为工作室腔室和辅助室腔室；所述气体腔室、所述工作室腔室以及所述辅助室腔室通过侧面的连接口顺次连接在一起；所述气体腔室、所述工作室腔室为透明腔室；所述气体腔室上部设有气体导出接嘴和气体导入管；所述工作室腔室的顶部以及所述辅助室腔室的顶部均开口；
[0008]所述电极组件包括气体扩散电极以及对电极，所述气体扩散电极密封夹设于气体腔室与工作室腔室的连接口之间；所述对电极从辅助腔室顶部的开口插入所述辅助腔室
内；所述气体扩散电极、所述对电极依次与电化学工作站的工作电极以及对电极接线端口电连接。
[0009]所述气体扩散电极两侧腔室由透明材料制备而成，诸如硅酸盐玻璃、石英玻璃、透明聚乙烯(PE)、有机玻璃(PMMA)、透明聚碳酸酯(PC)、透明聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、透明聚氯乙烯(PVC)、透明聚丙烯(PP)和透明聚苯乙烯(PS)，优选的透明材料为硅酸盐玻璃、石英玻璃其中的一种。
[0010]所述对电极的中心与所述参比电极末端、气体扩散电极几何中心位于同一水平高度，并与所述气体扩散电极的表面正对。
[0011]所述气体腔室的气体导入管的末端延伸至气体扩散电极表面5～20mm处。
[0012]所述工作室腔室的开口处插入参比电极组件，所述参比电极组件包括参比电极、鲁金毛细管和/或盐桥，所述参比电极可以直接从工作室腔室顶部开口处插入其腔室内，或者伸入鲁金毛细管或盐桥内部使用，而所述参比电极与电化学工作站的参比电极接线端口电连接；所述鲁金毛细管和/或所述盐桥从工作室腔室顶部开口处插入其腔室内，且其末端距离所述气体扩散电极的表面0.5～10mm。
[0013]所述鲁金毛细管和/或盐桥的末端距离所述气体扩散电极表1～5mm。
[0014]所述的一个气体腔室、两个液体腔室各自的体积根据实验方案来确定最佳大小，各自优选的体积大小为10～1000mL，更为优选的为50～100mL。
[0015]优选的，所述实验用电化学反应器还包括隔膜，密封夹设于工作室腔室与辅助室腔室的连接口之间，所述隔膜，优选的为离子交换膜、微孔隔膜、石棉隔膜、多孔陶瓷其中的一种。
[0016]所述气体扩散电极表面贴覆导电集流片，可以设置在气体扩散电极与气体腔室之间，也可以位于气体扩散电极与工作室之间；所述导电集流片为中间有圆孔的环形结构，其材料为导电金属、导电非金属或其合金片，诸如不锈钢、钛、铂、金、铜、铝、锌、石墨，优选的为钛、铂、金其中的一种。
[0017]所述反应器内各器件彼此之间均有密封垫片连接，用于保证反应器密封，即，所述气体扩散电极组件两侧平面各配装一片密封垫片，使得气体扩散电极组件密封夹设于气体腔室以及工作室腔室之间；所述隔膜两侧同样各配装一片密封垫片，使得隔膜密封夹设于工作室腔室和辅助室腔室之间；所述密封垫片材料不与所述电化学反应器内的液体、气体发生化学作用，具有一定的厚度和弹性形变，能起到密封作用，防止气体和液体的渗漏，诸如硅胶片、氟橡胶片、聚四氟乙烯片、三元乙丙橡胶片，优选的材料为膨体聚四氟乙烯片。
[0018]所述工作室腔室底部内放置一搅拌转子，用于对其内部的电解液进行搅拌以增强液体传质。
[0019]优选的，所述隔膜两侧的辅助室腔室、工作室腔室电解液通道面积等于或大于所述气体扩散电极通道面积大小。
[0020]所述对电极根据实验体系、方案来确定其材料、外观形貌，诸如实心平板、网状、多孔、泡沫态的金属、非金属及其修饰电极，且所述对电极的面积可大可小，其与所述气体扩散电极为平行、面对面的位置关系，优选的，所述对电极面积大于或等于所述气体扩散电极有效面积，使电场均匀分布。
[0021]本技术的有益效果是：所述气体扩散电极两侧的腔室由透明材料制备而成，
能实时观测、监控实验进程，及时得到反馈和掌握实验过程的真实情况，比如气体扩散电极是否漏液、催化剂是否脱落等；对于液相传质受扩散控制的实验体系，可以在所述工作室腔室内放置搅拌转子快速搅动液体，增强液体的液相传质过程，加快反应速率；在所构建所述电化学反应器中，所述气体扩散电极、隔膜的拆装或更换，具有拆装简便、快速高效的特点，减少气体扩散电极研究实验的准备时间和降低其实验操作难度，具有普遍推广使用的应用价值。
附图说明
[0022]图1为结构示意图(箭头代表气流方向，WE代表气体扩散电极；RE代表对电极；CE代表参比电极)。
[0023]图1中所示标记如下：1
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气体腔室；2
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工作室腔室；3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器，其特征在于，包括反应室腔体和电极组件，所述反应器包括一个气体腔室和两个液体腔室，两个液体腔室分为工作室腔室和辅助室腔室；所述气体腔室、所述工作室腔室以及所述辅助室腔室通过侧面的连接口顺次连接在一起；所述气体腔室、所述工作室腔室为透明腔室；所述气体腔室上部设有气体导出接嘴和气体导入管；所述工作室腔室的顶部以及所述辅助室腔室的顶部均开口；所述电极组件包括气体扩散电极以及对电极，所述气体扩散电极密封夹设于气体腔室与工作室腔室的连接口之间，所述对电极从辅助腔室顶部的开口插入所述辅助腔室内。2.如权利要求1所述的一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器，其特征在于：所述气体腔室的气体导入管的末端延伸至气体扩散电极表面5～20mm处。3.如权利要求1所述的一种带有气体扩散电极的实验用电化学反应器，其特征在于：所述工作室腔室的开口处插入参比电极组件，所述参比电极组件包括参比电极、鲁金毛细管和/或盐桥，所述参比电极从工作室腔室顶部开口处插入鲁金毛细管或盐桥，且所述参比电极与电化学工作站的参比电极接线端口电连接；所述鲁金毛细管和/或所述盐桥从工作室腔室顶部开口处插入其腔室内，且其末端距离所述气体扩散电极的表面0.5～10mm。4.如权利要求3所述的一种带有气体扩散电...

【专利技术属性】
技术研发人员：储诚普，丁旭芬，赵岚军，徐颖华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：新型
国别省市：