本发明专利技术公开了一种三电极低压电解臭氧发生装置，阳极采用杂原子掺杂金刚石板，阴极采用含铂或铂合金镀层的耐腐蚀金属板，第三电极采用耐腐蚀光滑表面金属板，阳极电极、阴极电极设置在质子交换膜两侧，连接外部电源构成第一回路，第三电极与阴极电极连接外部电源构成第二回路，两个回路之间有电压差通过外加两个电源促进低压电解水产生臭氧，以及促进水中的金属离子从阴、阳电极迁移至第三电极，从而大幅提升耐结垢能力和使用寿命，可适用不同硬度水质的使用场景，产生的臭氧水浓度提升明显，耐结垢能力大幅提升，使用寿命较长，能耗较低，适用范围广。适用范围广。适用范围广。
【技术实现步骤摘要】
一种三电极低压电解臭氧发生装置
[0001]本专利技术涉及消毒杀菌装置
，具体涉及一种具有高效耐垢、性能稳定、长寿命、成本低、经济效益好的三电极低压电解臭氧发生装置。
技术介绍
[0002]臭氧是一种具有强氧化性的气体，具有高效杀菌消毒作用和降解有机污染物、有害微生物的能力，且反应后副产物仅为氧气，不会产生二次污染，从而被公认为具有绿色环保、广谱高效的杀菌消毒剂，因此被广泛用于污水处理、有机物降解、饮用水消毒、医疗保健等领域。目前，臭氧制备方法主要有三种：紫外线照射法、高压放电法和低压电解法。其中低压电解法由于其所产生的臭氧浓度高、成本低廉和设备简单便携等优点受到广泛关注。在低压电解法制备臭氧过程中，较高阳极析氧过电势是其必备条件之一，目前研究较多的阳极材料是二氧化铅，但由于铅本身较大毒性，不符合《电器电子产品有害物质限制使用管理办法》和《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》(ROHS 指令)，极大限制了低压电解法产臭氧的发展和应用。掺杂金刚石电极具有较好阳极氧化能力、较宽电位窗口和绿色无毒的性质，在水净化、空气净化等领域有很大优势。公开号为CN113278994A的中国专利公开了一种阳极电极和阴极电极均由硼掺杂金刚石材质制成的低压电解水臭氧发生装置，但由于硼掺杂金刚石作为阴极电极析氢能力较弱，因此槽压较高导致能耗较高，另外也限制了阳极所发生的电解水产臭氧效率。公开号为CN104759272A的中国专利公开了一种使用硼掺杂金刚石材料作为阳极催化剂，碳载铂材料作为阴极电催化剂的低压电解臭氧发生器膜电极，通过将阳极电催化剂沉积在多孔钛板上，形成具有多孔结构的阳极片，并与质子膜、阴极紧贴组装成膜电极结构。此种低压电解臭氧发生器受限于不同地区的水质硬度情况，水中的Ca
2+
、Mg
2+
逐渐沉积在膜电极表面，极易发生结垢现象，导致活性位点被覆盖，从而引发电解水产臭氧效率低下、寿命大幅减短等问题，也阻碍了基于掺杂金刚石的低压电解臭氧发生装置的应用。基于此，开发耐垢长寿命的掺杂金刚石体系低压电解臭氧发生装置，具有重要的实用价值。
技术实现思路
[0003]针对现有技术中存在的掺杂金刚石体系的低压电解臭氧发生装置存在电解产臭氧效率低下和易结垢问题，本专利技术提供一种具有高效耐垢、性能稳定、长寿命的三电极低压电解臭氧发生装置。
[0004]本专利技术公开了一种三电极低压电解臭氧发生装置，包括阳极电极、阴极电极及质子交换膜，阳极电极、阴极电极通过导电片与外部第一电源连接构成第一回路，由离子交换膜传递电子和质子，还包括第三电极，第三电极与阴极电极通过导电片与外部第二电源连接构成第二回路，第二回路中，第三电极为阴极，阴极电极为阳极；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，外部第一电源对流经第一回路的水进行电解生成臭氧，外部第二电源对第二回路引入电压差促使水中的金属离子从阴极电极迁移至第三电
极，将阳极电极、阴极电极的结垢现象转移至第三电极，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，即可恢复第三电极的结垢能力，进一步延长该三电极低压电解产臭氧装置的使用寿命。
[0005]进一步地，本专利技术还限定了阳极电极为杂原子掺杂金刚石板，杂原子掺杂金刚石板作为阳极电解水产臭氧的催化剂，利于臭氧的生成，维持持续杀菌功能。
[0006]进一步地，本专利技术还限定了杂原子掺杂金刚石板中的杂原子为硼或硼与氮、氧、磷中的一种或多种元素，即限定了杂原子掺杂金刚石为硼掺杂金刚石，硼、氧掺杂金刚石，硼、氮掺杂金刚石，硼、磷掺杂金刚石或硼、氮、氧掺杂金刚石等，进一步限定了硼源为硼酸三甲酯、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、2,2'
‑
联吡啶等；硼源和氮源也可同时来源于吡啶
‑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；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微波等离子化学气相沉积法、直流电弧等离子体化学气相沉积法或热丝化学气相沉积法等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厚度为1
‑
20μm，面积比电容为2
‑
50mF/cm2，电阻为2
‑
40Ω/cm2。
[0007]进一步地，本专利技术还限定了阴极电极为含铂或铂合金镀层的耐腐蚀金属板；阴极电极同时作为电解水产氢的催化剂；阴极电极中的铂或铂合金镀层通过真空蒸发、磁控溅射、多弧镀等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，优选为铂钴、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。
[0008]进一步地，本专利技术还限定了阳极电极为杂原子掺杂金刚石板，杂原子掺杂金刚石板同时作为阳极电解水产臭氧的催化剂；阴极电极为含铂或铂合金镀层的耐腐蚀金属板，阴极电极同时作为电解水产氢的催化剂。
[0009]进一步地，本专利技术还限定了耐腐蚀金属板作为导电板，可以采用多孔不锈钢片、钛片、镍片或铝合金片等。
[0010]进一步地，本专利技术还限定了质子交换膜为Nafion N115、NafionN117、Nafion D520、Nafion NRE212、Nafion NRE211、Nafion HP、 fumasep F
‑
10120、fumasep FKS
‑
30、fumasepFKS
‑
50或 fumasepFKS
‑
PET
‑
75。
[0011]进一步地，本专利技术还限定了第三电极为耐腐蚀光滑表面金属板，采用镍片、不锈钢片、钛片、钨片、铝合金片等；
[0012]进一步地，本专利技术还限定了第一回路与第二回路采用恒电流或恒电压模式，其电流和电压范围根据电极面积调整；第一回路电流波动范围可设置为0.05
‑
100A，电压波动范围为1
‑
220V，第二回路电流波动范围可设置为0.01
‑
50A，电压波动范围为3
‑
220V，运行不同硬度水质的溶解性总固体(TDS)为0
‑
300，通过施加第一回路和第二回路的不同电流和电压，外部第一电源对流经第一回路的水进行电解从而使其电解生成臭氧，外部第二电源对第二回路引入偏压促使 C本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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)。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。3.根据权利要求2所述的三电极低压电解臭氧发生装置，其特征在于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，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；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
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吡咯
‑2‑
硼酸；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
‑
50m...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟兴，杨元富，钱锋，
申请(专利权)人：杭州热威洁净技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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