本发明专利技术提供一种膜-电极组件、使用该组件的电解池、制备臭氧水的方法和装置、消毒方法以及废水或废液处理方法，通过使用该它们，以高效率制备在阳极得到的电解反应产物或分解产物；通道的压降被最小化，且在不会牺牲生产容量的情况下，装置被设计成具有紧凑的尺寸。本发明专利技术涉及一种膜-电极组件，其包括固体聚合物电解质膜，所述膜具有阳离子交换膜，阳极和阴极，它们分别牢固地粘附至固体聚合物电解质膜的表面，在所述阳极、所述固体聚合物电解质膜和所述阴极的整个表面上具有复数个通过这些元件的直径0.1毫米或更大的通孔；使用该膜-电极组件的电解池；制备臭氧水的方法和装置；消毒方法；和废水或废液处理方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及膜-电极组件、使用该组件的电解池、制备臭氧水的方法和装置、消毒方法以及废水或废液处理方法。
技术介绍
在工业上，电解反应用于制备化学物质，如氯和苛性钠，其在现代工业中起到了关键的作用。电解反应也被应用于废水处理，以电解去除有害物质。用于这种过程的反应容器，称为电解槽或电解池，通常具有壳体结构，所述壳体容纳有阳极和阴极或，除此之外，定位在两者之间的固体聚合物电解质膜。大部分电解池具有这样的结构，其阳极侧和阴极侧 存在的液体或气体在物理上是分离的。但是，在一些电解过程中，阳极液和阴极液要求或允许混合；并且这种工艺使用的电解池具有满足该目的的结构。本专利技术属于后者，其中阳极液和阴极液是混合的，且原料水的离子化程度很小，本专利技术涉及如下的膜-电极组件，其具有固体聚合物电解质膜，该膜在阳极和阴极之间是交错的，并且涉及使用所述膜-电极组件的电解池。本专利技术涉及一种膜-电极组件，使用该组件的电解池，制备臭氧水的方法和装置，消毒方法，以及废水或废液处理方法。除了臭氧水的制备以外，本专利技术还可以在各种应用中提供可能的解决方案，包括但不限于有机电解合成，分解含二噁英的有机氯化合物，在遇到灾难时或在发展中国家使用河水来制备饮用水。最近，由于臭氧水优异的消毒效果和对有机物质的降解活性，其已被广泛应用于医疗和食品卫生领域，用于半导体制备系统等。臭氧水的制备方法可以简要的分为两组通过在纯氧气或含氧气体中放电的气相制备过程和通过水的电解的电化学方法。气相制备过程具有优异的能源效率，并使用于相对大规模的制备系统中，在施加于纯氧的较高的电压下运行。在气相制备过程中，臭氧水是通过在气-液反应器中与水接触获得。另一方面，电解制备的方法在几十伏或更低的低电压下通过电解池操作，水为原料，通过这种方法导向性制备(directory manufactured)臭氧水。此方法相对容易地用简单的结构配置，基本上为电解池和电源，提供了高浓度臭氧水，适合于小型或中等规模的制备容量。在臭氧水的制备中，在使用具有低离子化度的纯水电解，因为其低的离子化度，仅在水中配置阳极和阴极将不会促进电解反应。出于这个原因，在阴极和阳极之间插入固体聚合物电解质膜作为氢离子的移动路径，因此，电解池配置有阳极、阴极和固体聚合物电解质膜作为功能元件。臭氧通过如下的反应式形成臭氧形成反应(阳极)3H20=03+6H++6e_E°=+l. 51V氧形成反应(阳极)2H20=02+4H++4e_E°=+l. 23V氢形成反应(阴极)2H++2e_=H2在上文中，臭氧生成反应与氧形成反应是竞争反应，其中具有较低生成电位的氧为主导(presidentially)方式，因此有效的臭氧形成电流低。此外，由于电解使用具有高过电压的氧化铅阳极或导电金刚石阳极，在高电势下进行，以抑制氧的产生，因此操作过程中需要高的电解电压。其结果是，臭氧水电解具有低的电源效率，其是电流效率和电压效率的乘积，并有期望其得到改进。一般来说，传统类型的臭氧水电解制备中，阳极侧和阴极侧通过固体聚合物电解质膜物理分离，电解过程没有阳极电解液和阴极电解液的混合。例如，在电解池中，阳极和阴极平行布置，如在如PTL I等中所示，且电解液与它们并列通过。这种结构与PTL 2和PTL 3中所采用的类似。因此，在传统类型的系统中，原料水与阴极和阳极的表面平行流动，进入所述电极的一端，从另一端排出。因此，随着电解反应的进展，该液体组合物产生变化，并且除非固定在足够的流量，入口和出口的反应条件会是不同的。这种结构上的不便之处是特别严重的，会在采用非纯水为原料的臭氧水制备中造成氢氧化物沉淀的问题，如采用自来水，井水和雨水作为原料时。在以往的应用此类非纯化水的臭氧水制备中，阴极电解液的PH值将会随电解的进行而增加，造成在原料水中痕量存在的碱土金属的氢氧化物大量沉淀于进行反应的阴极表面的出口侧，达到使电解难以继续的程度。为了应付这种情况，必须定期地停止操作进行酸洗以除去沉淀物，如PTL 4中详细描述的。此问题通常是不仅体现在普通结构的电解池中，如在PTL 3中所示，也出现在那些具有特殊结构的，如在PTL 5中提出的。在专PTL6和7中，阴极室是分离且使用酸作为阴极电解液，以减少沉淀物，但其结构变得复杂且必需要额外的维护以安全操作。然而，在PTL 8中，提出了一种替代方法以恢复操作的性能，该方法当电解特性恶化时，通过颠倒电解池的阳极/阴极提供反向电流来实现。在这种情况下，当供给反向电流时，阴极暂时作为阳极以及痕量的金属元素洗脱。洗脱的金属离子渗透到固体聚合物电解质膜，造成其离子迁移能力显着恶化，因此，为了防止金属元素洗脱，必须使用具有阈值的金属制备阴极并在其表面覆盖昂贵的贵金属涂层。此夕卜，阳极暂时作为阴极工作也可能导致其劣化。由于传统电解池的设计问题，原料水通过电解池一端处的入口进入，在电极上平行流动，并从电解池另一端的出口排出，如在PTL9所示。这种结构设计对于一个安装类型的系统来说没有问题，其提供足够的安装空间，但是将该系统方便配备到一个现有的管路的中路时，如安装在房子中的自来水管路，这样的电解池结构，可能会干扰紧凑设计的概念。PTLlO中公开了臭氧制备系统中水被供应到催化剂电极，所述催化剂电极包括支撑于阳极和阴极之间的阳离子交换膜，连通所述阳极电极和所述阴极电极的通孔设置在所述阳离子交换膜上面对原料水供给路线的部分；并且水，如自来水，从原料水供给路线供给各电极(阳极或阴极)中的任一个电极，然后通过所述通孔到另一电极(PTL10专利公报第3页第22-32行)。在PTL1010中，设置了连通阳极室和阴极室的通孔，但没有在阳极电极、阴极电极和离子交换膜上设置通孔，因此，原料水不流过阳极电极、阴极电极以及离子交换膜中的相同位点。从而，电解效率是极低的。PTLll公开了一种电解臭氧发生元件，其中，电解空气中的湿分以产生臭氧。在该元件中，设置了穿透阳极、固体聚合物电解质膜以及阴极的中部的直径5mm的通孔。(PTL11的专利公报第4页右栏第11-13行，第7页右栏第7-14行，以及图10)然而，PTL 11涉及从进料空气中所含的湿分生成臭氧的气相反应，并且通孔用于循环空气原料，而不是液体，从而与允许液体通过的通孔具有不同的目的。在PTLll的图10中，描述了在阳极中的设置多个孔的例子，但并未在固体聚合物电解质膜和阴极提供对应于所有那些在阳极中的通孔，而只有一个在中心的通孔26。并且如果这个元件用于液相反应，不能维持电解液的顺利流动，不能实现有效的电解。除了用于臭氧水的制备领域，本专利技术还能用于以下领域。I.废水或废液处理I)电解氨化合物作为一种氨分解方法，所述氨包含在家庭废水、畜牧业废液，渔业废水和某些工业废水中，电解是公知有效的。例如，NPLl中公开的工艺，其中添加支持电解质，如氯化钠，硫酸钠，以有效地促进电解。然而，通过使用本专利技术的膜-电极组件作为第三方组件，所述膜-电极组件具有插入阳极和阴极之间的固体聚合物电解质膜，可以在不添加这些的电解质作为第三成分的情况下进行处理。在这些应用中，本专利技术的膜-电极组件的其他结构特征对涉及实际电解池也是有效的。2)处理含有机物质的废水 多个涉及含有机物质的废水处理的电解处理系统的应用已见报道，但本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：新田英郎，细沼正志，
申请(专利权)人：阿库亚爱克斯公司，培尔梅烈克电极股份有限公司，
类型：
国别省市：
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