CN112323087A - 一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其技术方案要点是：包括壳体，所述壳体内设有电源、带进气端和出气端的反应室、用于产生苯气流的苯发生器、用于产生去离子水气流的去离子水发生器，所述苯发生器和去离子水发生器均连通至所述反应室的进气端，所述反应室的两侧分别设有阳极板和阴极板，所述阳极板上设有多根朝向阴极板设置的电晕针，所述阳极板和阴极板均与所述电源相连。与现有技术相比，本发明的氢气发生装置使用方便，氢气的制备所需条件简单，产氢浓度高，能耗低且不会发生干烧，安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及氢气的制造的技术领域，具体涉及一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置。
背景技术
氢气作为一种绿色无污染的清洁能源，具有极其广泛的应用。但是，目前传统的小型氢气发生器的主要原理是电解水，该方法需要消耗大量的电能，制氢成本较高。同时，电解水制氢需要不断补充水，一旦水分耗干则电解池容易干烧，再加上电解水制氢的制氢过程中会产生氧气，将会容易形成安全隐患。
此外，传统的氢气发生器需要在有大功率电源的情况下才能快速制氢，不具备便携式的特点，在急需制氢的特定环境下往往难以使用，实用性较差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中的氢气发生器制氢成本高，存在安全隐患且便携、实用性相对较差的问题。
本发明的技术方案是：提供一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，包括壳体，所述壳体内设有电源、带进气端和出气端的反应室、用于产生苯气流的苯发生器、用于产生去离子水气流的去离子水发生器，所述苯发生器和去离子水发生器均连通至所述反应室的进气端，所述反应室的两侧分别设有阳极板和阴极板，所述阳极板上设有多根朝向阴极板设置的电晕针，所述阳极板和阴极板均与所述电源相连。
上述方案通过在反应室的内部形成电晕电场，使得反应室的进气端的去离子水能够被电离形成水自由基阳离子，而水自由基阳离子进一步与苯反应生成氢气与苯酚自由基阳离子，其中苯酚自由基阳离子由于电场作用而自动被吸附至阴极板上，使得氢气被分离提纯后即可从出气端排出。与现有技术相比，本发明的氢气发生装置使用方便，氢气的制备所需条件简单，产氢浓度可达2000ppm以上，能耗低且不会发生干烧，安全性好。此外，反应室内的原子利用率高，产生的苯酚的法拉第效率可高达60％，且苯酚自由基阳离子在电场作用下被自动吸附至阴极板，无环境污染，有效解决了传统异丙苯方法中丙酮产能过剩的问题。
优选的，所述电晕针的长度为7～75毫米,所述电晕针的直径为150～350微米，所述电晕针的针尖的曲率半径为7.5～17.5微米，有利于促进去离子水和苯反应的电晕电场的产生。
优选的，所述电晕针的针尖与阴极板之间的距离为5～20毫米，所述阳极板和阴极板之间的电压差为0～2.5kV，保证电离形成的水自由基阳离子的离子强度保持在较高水平，加快氢气的产出效率。
优选的，所述阴极板包括绝缘板，所述绝缘板的表面包裹有铜箔纸，使得苯酚自由基阳离子能够在铜箔纸表面形成晶斑。
优选的，还包括尾气吸收器，所述尾气吸收器包括装有吸收液的尾气瓶、连接至反应室的出气端的进气管和连通至外界的出气管，所述尾气吸收器的进气管连通至吸收液的液面下方且出气管连通至吸收液上方，从而进一步净化反应室出气端的气体，防止尾气污染。
优选的，所述尾气瓶的出气管上设有气体流量计。
优选的，还包括气泵，所述苯发生器包括装有苯液的苯液瓶、通过气泵供气的进气管和连通至反应室的出气管，所述苯发生器的进气管和出气管均连通于苯液上方；所述去离子水发生器包括装有去离子水的去离子水瓶、通过气泵供气的进气管和连接至反应室的出气管，所述去离子水发生器的进气管连通至去离子水的液面下方且出气管连通至去离子水上方。
优选的，所述气泵上设有滤棉，以防止杂质进入反应室。
优选的，所述气泵上设有气体流量计，以便于定量控制氢气的制备。
优选的，所述壳体上还设有正对苯液瓶和/或去离子水瓶设置的观察窗口。
附图说明
图1为本发明的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置的拆解示意图；
图2为本发明的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置的反应室的内部结构的示意图；
图3为本发明的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置逻辑流程图；
附图中：1-壳体；1.1-观察窗口；2-去离子水瓶；3-苯液瓶；4-反应室；4.1-阳极板；4.2-阴极板；4.3-电晕针；5-尾气瓶；5.1-氢气出气口；6-气泵。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图3，本发明的实施例提供的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，包括壳体1，壳体1内设有电源、带进气端和出气端的反应室4、用于产生苯气流的苯发生器3、用于产生去离子水气流的去离子水发生器2，苯发生器3和去离子水发生器2均连通至反应室4的进气端，反应室4的两侧分别设有阳极板4.1和阴极板4.2，阳极板4.1上设有多根朝向阴极板4.2设置的电晕针4.3，阳极板4.1和阴极板4.2均与电源相连。
上述方案通过在反应室4的内部形成电晕电场，使得反应室4的进气端的去离子水能够被电离形成水自由基阳离子，而水自由基阳离子进一步与苯反应生成氢与苯酚自由基阳离子，其中苯酚自由基阳离子由于电场作用而自动被吸附至阴极板4.2上，氢气被分离提纯后即可从出气端排出。
在本实施例中，电晕针4.3的长度为7～75毫米,电晕针4.3的直径为150～350微米，电晕针4.3的针尖的曲率半径为7.5～17.5微米，有利于促进去离子水和苯反应的电晕电场的产生。
反应室4内的阳极板4.1和阴极板4.2之间的电压差为0～2.5kV，否则若正极板和负极板之间的电压差过大，水自由基阳离子可能会裂解，同时质子化水团簇等非反应杂离子会增加导致制氢效果变差。
阳极板4.1上的电晕针4.3的针尖与阴极板4.2之间的距离控制在5～20毫米。若阳极板4.1和阴极板4.2之间距离过大，则由于离子传输效率的下降，导致水自由基阳离子的离子强度降低，影响氢气的产生效率。
通过上述反应室4的阳极板4.1和阴极板4.2的距离和电压差设置，保证电离形成的水自由基阳离子的离子强度保持在较高水平，加快氢气的产出效率。
阴极板4.2包括绝缘板，绝缘板的表面包裹有铜箔纸，使得苯酚自由基阳离子能够在铜箔纸表面形成晶斑。通过将多次反应产生的晶斑进行收集、分离、重结晶，即可得到副产物苯酚晶体，这是苯直接一步氧化合成苯酚的新工艺，苯酚的法拉第效率可高达60％，有效解决了传统异丙苯方法中丙酮产能过剩的问题。
在反应室4的出气端还可以进一步设置尾气吸收器5，尾气吸收器5包括装有吸收液的尾气瓶、连接至反应室4的出气端的进气管和连通至氢气出气口5.1的出气管。吸收液可以是水，也可以是有机溶剂。尾气吸收器5的进气管连通至吸收液的液面下方且出气管连通至吸收液上方。反应室4的出气端排出的气体中的微量苯或苯酚可以被尾气瓶中的吸收液充分吸收，进一步防止尾气污染。
在本实施例中，苯发生器3包括装有苯液的苯液瓶、通过气泵6供气的进气管和连通至反应室4的出气管，苯发生器3的进气管和出气管均连通于苯液上方，以获得适宜浓度的含苯的气流；去离子水发生器2包括装有去离子水的去离子水瓶、通过气泵6供气的进气管和连接至反应室4的出气管，去离子水发生器2的进气管连通至去离子水的液面下方且出气管连通至去离子水上方，以获得适宜浓度的含去离子水的气流。当然，苯发生器3或去离子水发生器2的进气管和出气管均可以按照实际需要以其他方式设置，以获得其他浓度的含苯的气流或含去离子水的气流。
如图1所示，气泵6以外部空气为载气，将载气先通入去离子水瓶，并从去离子水瓶的出气管进一步通入苯液瓶，随后由苯液瓶的出气管进入反应室4的电晕电场进行反应制氢，从而形成串联的连接方式，使得载气中的去离子水和苯混合更为均匀，促进去离子水和苯在反应室4内的碰撞反应，同时也使得去离子水气流、苯气流的制备简单、补充方便。应当指出的是，苯液瓶和去离子水瓶不仅可以是以串联的方式连通至反应室4的进气端，也可以是以并联的方式连通至反应室4的进气端。
气泵6上设有滤棉，以防止杂质进入反应室4。
气泵6上设有气体流量计，尾气瓶的出气管也可以设置气体流量计，以便于定量控制氢气的制备。
与现有技术相比，本发明的氢气发生装置使用方便，氢气的制备条件简单，产氢浓度可达2000ppm以上，能耗低且不会发生干烧，安全性好。此外，反应产生的苯酚的法拉第效率可高达60％，原子利用率高，无环境污染。
以上对本发明进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，包括壳体，其特征在于，所述壳体内设有电源、带进气端和出气端的反应室、用于产生苯气流的苯发生器、用于产生去离子水气流的去离子水发生器，所述苯发生器和去离子水发生器均连通至所述反应室的进气端，所述反应室的两侧分别设有阳极板和阴极板，所述阳极板上设有多根朝向阴极板设置的电晕针，所述阳极板和阴极板均与所述电源相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述电晕针的长度为7～75mm,所述电晕针的直径为150～350μm，所述电晕针的针尖的曲率半径为7.5～17.5μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述电晕针的针尖与阴极板之间的距离为5～20mm，所述阳极板和阴极板之间的电压差为0～2.5kV。
4.根据权利要求1所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述阴极板包括绝缘板，所述绝缘板的表面包裹有铜箔纸。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，还包括尾气吸收器，所述尾气吸收器包括装有吸收液的尾气瓶、连接至反应室的出气端的进气管和连通至外界的出气管，所述尾气吸收器的进气管连通至吸收液的液面下方且出气管连通至吸收液上方。
6.根据权利要求5所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述尾气瓶的出气管上设有气体流量计。
7.根据权利要求1-4任一所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，还包括气泵，所述苯发生器包括装有苯液的苯液瓶、通过气泵供气的进气管和连通至反应室的出气管，所述苯发生器的进气管和出气管均连通于苯液上方；所述去离子水发生器包括装有去离子水的去离子水瓶、通过气泵供气的进气管和连接至反应室的出气管，所述去离子水发生器的进气管连通至去离子水的液面下方且出气管连通至去离子水上方。
8.根据权利要求7所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述气泵上设有滤棉。
9.根据权利要求7所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述气泵上设有气体流量计。
10.根据权利要求7所述的一种基于水自由基阳离子的便携式氢气发生装置，其特征在于，所述壳体上还设有正对苯液瓶和/或去离子水瓶设置的观察窗口。
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|---|---|---|---|---|
| CN113529111A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-22 | 东华理工大学 | 一种利用苯通过电催制取苯酚的工艺与装置 |
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2020
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| CN113529111A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-22 | 东华理工大学 | 一种利用苯通过电催制取苯酚的工艺与装置 |
| CN113529111B (zh) * | 2021-06-30 | 2023-10-27 | 东华理工大学 | 一种利用苯通过电催制取苯酚的工艺与装置 |
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