一种用于高效合成H2O2的插拔式胶囊阴极的制作方法

一种用于高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极
技术领域
1.本实用新型所涉及的领域是电化学合成领域，特别涉及一种用于高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极。


背景技术：

2.过氧化氢(h2o2)是现代许多化工产业以及家庭用途所需的重要氧化剂，与其他氧化剂相比，h2o2分解后为o2和h2o，是一种绿色环保的化学品。目前，它主要通过蒽醌法合成，该工艺仅在较大规模上经济可行，且产生的高浓度h2o2溶液在运输和存储方面存在着严重的安全隐患。
3.近年来使用可再生电力经由电催化过程还原氧气进行现场合成h2o2已成为一个有前途的替代传统的方法，该方法可以实现高电流效率，且合成的h2o2溶液浓度足以满足大多数应用需求，在化学稳定性、储存、运输以及反应条件方面均比蒽醌方法更具优势。
4.目前在电化学体系中，空气呼吸阴极作为一种很有潜力的阴极形式得到了不断的改良和发展。空气呼吸阴极由与空气直接接触的空气扩散层、中间作为集电器的钢网以及与电解质溶液接触的催化剂层组成，空气中的氧气经扩散层扩散进入催化层，结合氢离子，在活性位点的催化下反应生成h2o2。但目前，用于电化学体系中的空气呼吸阴极多采用片状形式，在组合搭配、拆卸安装等方面存在诸多不便，亦阻碍了电化学反应器的放大使用以及电催化合成h2o2的工业化推广应用。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对以上存在的问题，设计出一种用于高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极。该插拔式胶囊阴极具有制作简单、成本低廉等特点，便于在电化学体系中直接使用、灵活排列组合以及拆装更换等。用于放大的反应器装置可保证足够的阴极面积，有效地提高h2o2合成效率，且可通过插拔调节电极数量来实现h2o2浓度的调节。
6.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极,是由炭黑
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石墨
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ptfe制成的圆筒状空气扩散阴极，用于电催化合成h2o2。催化剂层是将炭黑，石墨以及作为粘结剂的ptfe乳液混合成泥状后辊轧至作为集电器的钢网的一侧形成。空气扩散层是将炭黑和ptfe乳液以质量比4：9混合后辊轧至钢网另一侧形成。
7.将催化剂层、空气扩散层分别辊压至集电器两侧后形成的复合型空气扩散阴极卷成圆筒形成内腔，空气扩散层在圆筒内侧，催化剂层在圆筒外侧，连接处采用胶水粘结或用特制长夹子夹紧。
8.为防止漏水，胶囊阴极底部用封头密封，使用时通过卡槽固定到反应器中。
9.有益效果
10.1.该插拔式胶囊阴极，以石墨作为主要催化剂，同时混合一定比例的炭黑增加材料的比表面积和孔隙度，可实现高效电催化合成h2o2。
11.2.该插拔式胶囊阴极结构简单、便于直接使用、布置灵活，同时直径和高度均可增
大用于匹配放大的反应器装置以保证足够的阴极面积。
12.3.该插拔式胶囊阴极造价低廉，石墨、炭黑、ptfe、钢网等廉价易得。
附图说明
13.图1是高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极的结构示意图；
14.图2是高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极的制作流程示意图；
15.图3、图4是高效合成h2o2的插拔式胶囊阴极的应用示意图。
16.附图标记：1
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封头，2
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催化剂层，3
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钢网，4
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空气扩散层，5
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插拔式胶囊阴极，6
‑
阳极板，7
‑
h2o2合成反应器。
具体实施方式
17.以下结合附图和具体实施例来对本实用新型做进一步的说明。
18.实施例1
19.本实用新型的插拔式胶囊阴极的制作方法如下：
20.该插拔式胶囊阴极由空气扩散层、集电器、催化剂层组成，集电器选用60目、0.3mm厚度的钢网片，催化剂层的制备是将粒径40μm的粉末状石墨与粒径30nm的粉末状导电炭黑按照一定质量比混合成碳粉混合物，在去离子水中超声洗净烘干后通过超声搅拌与无水乙醇混合，并在此过程中滴加一定体积的ptfe乳液，再经过10分钟的超声搅拌后，将混合物在80℃下搅拌得到泥糊状混合物，而后将此混合物辊压至0.3mm厚的钢网的一侧形成厚度0.5mm的平板。类似的，空气扩散层是将粒径为30nm的粉末状导电炭黑在去离子水中超声洗净烘干后通过超声搅拌与无水乙醇混合,并在超声搅拌过程中，逐滴加入ptfe乳液，再超声搅拌10min后，在80℃下搅拌得到泥糊状混合物，然后将此混合物辊压至钢网的另一侧形成总厚度为1mm的空气扩散阴极。最后将此片状阴极切割成合适的尺寸(π
·
d*h)以空气扩散层在内、催化层在外卷成一个圆筒，为防止漏水，胶囊阴极底部用封头密封。该插拔式胶囊阴极可插入反应器卡槽进行固定，通过制作使用不同直径、不同高度以及不同数量的胶囊阴极可以实现反应器的放大拓展以及对合成h2o2浓度的调整。
21.实施例2
22.如图3所示装置采用四对阴阳极进行交替排布，插拔式胶囊阴极直径3cm、高度5cm，阳极采用钛/二氧化铱复合金属板(尺寸3cm*5cm)，阴阳极交叉有序排列，阴阳极间距3.5cm，电极室净体积约580ml。阴极表面积/反应器体积(a/v)为0.32cm2/ml。向腔室中注入580ml浓度为0.05m的na2so4电解液，将阳极板分别连接直流电源正极，阴极分别连接直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为3.76a，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测h2o2浓度，电极室中的h2o2浓度为1151.3mg/l。
23.实施例3
24.如图3所示装置采用三对阴阳极交叉有序排列，插拔式胶囊阴极直径3cm、高度5cm，阳极采用钛/二氧化铱复合金属板(尺寸3cm*5cm)，阴阳极间距3.5cm，电极室净体积约490ml。阴极表面积/反应器体积(a/v)为0.29cm2/ml。向腔室中注入490ml浓度0.05m的na2so4电解液，将阳极板分别连接直流电源正极，阴极分别连接直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为2.80a，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测h2o2浓度，电极室中的
h2o2浓度为1022.1mg/l。
25.应当理解的是，本实用新型所讨论的实施方案只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。