双极电化学可控恒定电场实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种双极电化学反应装置，具体涉及一种双极电化学可控恒定电场实验装置。


背景技术：

2.双极电化学体系是指在电解池中，两个馈电电极之间放置双极电极，馈电电极与外界电源连接，在电场作用下双极电极发生极化，产生电势降，用来驱动无线电化学反应。根据双极电化学原理，在外加电场作用下，导体两端在电场中发生极化，产生极化阳极端和极化阴极端，当双极电极两端形成的过电位足够高时，在极化阳极会触发电化学氧化反应，在极化阴极会触发电化学还原反应。近年来，双极电化学已经被应用在多个领域，例如：电化学发光检测、不对称janus制备、药物分析检测等。双极电化学仍具有极大地开发潜能，其中，反应装置的设计在一定程度上限制了双极电化学的应用。
3.目前报道的用于双极电化学反应的实验装置仅能维持较短的反应时间，这是由于在一定的电场强度下，电解质溶液中的离子发生的电泳现象会使可利用的电场强度持续地降低，一旦低于某值，即驱动双极电化学反应的最小值，难以维持长时间的双极电化学反应。因此，双极电解池中电场强度的调控是能否在双极电化学合成领域应用的关键因素之一。通过对双极电化学反应装置的设计，实现反应池内电场强度的长期稳定可控，为多个无线电化学合成体系的应用提供了思路。另外，反应池中溶液的ph、温度向较为温和的条件调控也为无线电化学生物酶促合成体系的应用提供了可能。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种双极电化学可控恒定电场实验装置。
5.基于上述目的，本实用新型采取以下技术方案：
6.双极电化学可控恒定电场实验装置，包括电解槽和直流电源，电解槽内从左至右依次设有四个隔膜：第一阳离子交换膜、第二阳离子交换膜、第三阳离子交换膜、阴离子交换膜，上述四个离子交换膜将电解槽内划分为5个室，从左至右依次为第一电解池、第一缓冲池、反应池、第二缓冲池、第二电解池，第一电解池和第二电解池内均设有馈电电极，第一电解池内的馈电电极通过导线和直流电源的负极相连，第二电解池内的馈电电极通过导线和直流电源的正极相连。
7.进一步地，第一阳离子交换膜、第二阳离子交换膜和第三阳离子交换膜均为nafion-117阳离子交换膜。
8.进一步地，阴离子交换膜为fab-pk-130阴离子交换膜。
9.进一步地，所述馈电电极为2cm*2cm的铂网电极。
10.进一步地，所述电解槽外还设有冷却槽，冷却槽下部设有冷却液进口，上部设有冷却液出口。
11.本实用新型能够实现双极电化学中在可控恒定电场下较长时间的化学反应实验。
附图说明
12.图1是本实用新型的结构示意图；
13.图2是本实用新型放入冷却槽后的结构示意图；
14.图3为本实用新型实施例2中每间隔10min用紫外吸收光谱检测nadh产物峰的结果图；
15.图1、图2中，1.直流电源，2.导线，3.电解槽，4.馈电电极，51. 第一电解池，52.第二电解池，61.第一阳离子交换膜，62.第二阳离子交换膜，63.第三阳离子交换膜，71.第一缓冲池，72.第二缓冲池，8.反应池，9.阴离子交换膜，10.冷却槽，11. 冷却液进口，12. 冷却液出口。
具体实施方式
16.以下是本实用新型的具体实施例，结合附图对本实用新型的技术方案做进一步描述。但是本实用新型技术保护范围不限于这些实施例，凡是不背离本实用新型技术构思的改变或等同替代均包括在本实用新型技术的保护范围之内。
17.实施例1
18.如图1和2所示，双极电化学可控恒定电场实验装置，包括顶部敞口的电解槽3和直流电源1，其中，电解槽3内从左至右依次设有第一阳离子交换膜61、第二阳离子交换膜62、第三阳离子交换膜63和阴离子交换膜9，从而将电解槽3内从左至右依次划分为第一电解池51、第一缓冲池71、反应池8、第二缓冲池72和第二电解池52，第一电解池51和第二电解池52内均设有馈电电极4，第一电解池51内的馈电电极4通过导线2和直流电源1的负极相连，第二电解池52内的馈电电极4通过导线2和直流电源1的正极相连。
19.本实施例中，第一阳离子交换膜61、第二阳离子交换膜62和第三阳离子交换膜63均为nafion-117阳离子交换膜。
20.本实施例中，阴离子交换膜9为fab-pk-130阴离子交换膜。
21.本实施例中，所述馈电电极4为2cm*2cm的铂网电极。
22.本实施例中，所述电解槽3外还设有冷却槽10，冷却槽10下部设有冷却液进口11，上部设有冷却液出口12。
23.实施例2
24.将实施例1中的实验装置用于辅酶因子nadh再生
25.实际应用时，电解槽3的长宽高分别是10 cm *4 cm *5cm，电解槽3被离子交换膜均分成五等份，分别为2个电解池，2个缓冲池，1个反应池。
26.(1)电解池51和电解池52中的电解液是na2hpo4·
12h2o和nah2po4•
2h2o配置的水溶液，ph值为7，浓度为250mm；缓冲池71和缓冲池72中的缓冲液也是na2hpo4·
12h2o和nah2po4•
2h2o配置的水溶液，ph值为7，浓度为250mm；反应池8中的反应液由是浓度为1mm nad 和 浓度为5mm抗坏血酸（简称aa）组成的磷酸盐缓冲水溶液（具体是将nad和抗坏血酸加入到na2hpo4·
12h2o和nah2po4•
2h2o配置的ph值为7，浓度为50mm的水溶液中）。装置中两个电解池、两个缓冲池和一个反应池溶液的体积相同，均为10ml。
27.在双极电化学反应装置中， 2cm*2cm的铂网电极作为馈电电极4。两个馈电电极4分别放入第一电解池51和第二电解池52，并分别连接直流电源1的正极和负极。缓冲池存在的目的是缓解电解过程中电解池中离子的大量迁移，进而稳定反应池中的电场强度，使双极电化学反应能够持续进行。
28.(2)在双极电化学反应过程中，为保证反应过程中温度的可控，避免辅酶因子在高温条件下失活，对电化学反应池外加有冷却循环装置。即进行反应时，对冷却槽10内加入无水乙醇作为循环液进行制冷，反应温度可控制在20oc。双极电极用的是碳毡电极，厚度为3mm,两个馈电电极4的距离为4cm，当直流电源对馈电电极4施加电压时，反应池内可形成稳定的电场，使其所驱动的化学反应持续进行。
29.(3)在上述双极电化学装置中，辅酶因子nadh的双极电化学再生是在ph=7的50mm的pbs缓冲溶液中进行。通过对馈电电极4施加一定的电压，反应池8中形成较为稳定的电场，碳毡电极作为工作电极发生极化，极化阳极端进行抗坏血酸的氧化反应，极化阴极端进行nad

的还原反应。在具体实验的过程中，直流电源对馈电电极4施加12v电压，反应室中电场强度能够长时间保持在3v/cm，即可实现nad

持续地还原。
30.(4)采用上述双极电化学反应装置，可在双极电化学反应池中进行长时间化学反应，并对反应产物进行紫外吸收检测。该方法的依据是双极电化学反应产物nadh，在紫外吸收光谱中波长为340nm处存在特征吸收峰。在本方案具体的实施中，双极电化学反应产物每间隔10min进行紫外吸收测试，均可以得到nadh的吸收峰，结果如图3所示。由图3双极电化学反应产物测试的紫外吸收谱图结果可知，在每间隔10min测试的紫外吸收光谱中均检测到nadh的吸收峰，且在持续转化的1h中，nadh的量在持续增加。
31.本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。