CN211603021U - 一种电催化反应电解池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电催化反应电解池，包括阳极池、阴极池、质子交换膜和固定夹；阴极池底部封闭，顶部有向上延伸端部开口的管，中部一侧设置一端开口的直通管，另一侧设置取样管；所述阳极池底部封闭，顶部有向上延伸端部开口的管，中部侧面设置一端开口的直通管；所述质子交换膜由固定夹固定在在阳极直通管和阴极直通管之间。该电解池的阴极和阳极反应互不干扰，有利于产物的即时取出及浓度检测，为氧气电催化还原生成双氧水的研究提供便利及适用的设备条件。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种试验仪器，具体涉及一种电催化反应电解池。
背景技术
过氧化氢（H2O2）是一种具有高附加值的重要化学品，在工业、医药和环保等领域有十分广泛的应用。目前H2O2的工业制备主要依赖于复杂、高能耗且存在高安全隐患的蒽醌过程或H2与O2的直接合成。而通过氧气电催化还原生成H2O2为过氧化氢的合成过程提供了另一种绿色、安全且高效的途径。目前通过电催化氧气还原合成H2O2的课题仍处于基础的实验室研究阶段。研究中存在的主要挑战是阴极氧还原为过氧化氢的动力学缓慢，需要高效且价廉的电催化剂。电催化剂性能的表征离不开方便实用的特制电解池。当前用于该电化学过程的电解池一般为简易的单池电化学池，阴极和阳极的反应互相有干扰，电极无法合理地固定，通气及气体的排出可控性不高，通气效果不好，且不方便产物H2O2的即时取出及检测。
实用新型内容
针对目前电催化氧气还原合成H2O2电解池存在的问题，本实用新型提供一种的电解池，阴极和阳极反应互不干扰，有利于产物的即时取出及浓度检测；结构设计合理，容积小，节省溶液，采用砂芯进气方式通入氧气，多个小气泡均匀致密地同时产生，有利于溶液的迅速饱和及反应物（氧气）的及时充分补充，且小气泡不易流动到工作电极表面。工作电极和对电极分开放置在两个电解槽（中间用质子交换膜隔离），阴极和阳极反应互不干扰。本实用新型提供的电解池，为氧气电催化还原生成双氧水的研究提供便利及适用的设备条件。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案。一种电催化反应电解池，包括阳极池、阴极池、质子交换膜和固定夹；所述阴极池底部封闭、顶部有多个向上延伸且端部开口的管；所述阴极池中部一侧设有一端开口的直通管，另一侧设有取样管，所述取样管上设有取样阀；所述阳极池底部封闭，顶部有多个向上延伸且端部开口的管；所述阳极池中部侧面设置一端开口的直通管；所述质子交换膜由固定夹固定在阳极直通管和阴极直通管之间。
优选的，所述阴极池和阳极池顶部管的数量为2个或3个。更优选的，所述阳极池顶部中管至少一个为阳极预留口。更优选的，所述阴极池和阳极池的顶部3个管的中轴线不在同一平面上。
优选的，所述电解池还包括工作电极及固定套、阴极通气管及固定套、参比电极及固定套、对电极及固定套和阳极通气管及固定套。更优选的，所述阴极通气管和阳极通气管的末端均设有通气砂芯。
优选的，所述阴极池内还包括磁力搅拌子。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型电解池通过质子交换膜将阴极池和阳极池分开，有利于分别研究阴极、阳极发生的半反应，也可以进行全电池反应的研究。
本实用新型电解池的阴极池设置了便于取样的阀门，平时关闭密封，当需要取出产物时可以打开；在阴极池中的搅拌装置，可以实现产物的快速均匀扩散及即时浓度检测。
本实用新型电解池结构合理，容积小，可有效节省电解质溶液；采用砂芯进气的方式，多个均匀致密的小气泡同时产生有利于溶液的迅速饱和，且小气泡不易流动到工作电极表面而影响电极反应。
本实用新型电解池设计多个端口，有利于工作电极、参比电极及对电极的固定，气体的均匀快速通入，从而有利于电催化反应高效稳定地发生。
本实用新型电解池不但适用于测量氧还原产生过氧化氢的反应，也适用于氧气4电子还原为水的反应，及其它需要通入气体并进行电催化反应的实验研究。
附图说明
图1为实施例1中电解池的示意图；
图2为实施例1中电解池的俯视示意图；
图3为实施例2中电解池的示意图；
图4为实施例2中电解池的俯视示意图；
图5为实施例3中电解池的示意图；
图6为实施例3中电解池的俯视示意图；
其中，1-阳极池，2-固定夹，3-质子交换膜，4-阴极池，5-搅拌子，6-取样管，7-取样阀，8-对电极及固定套，9-工作电极及固定套，10-阴极通气管及固定套，101-阴极出气砂芯，11-参比电极及固定套，12-阳极预留口，13-阳极通气管及固定套，131-阳极出气砂芯，14-阳极直通管，15-阴极直通管。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型不受下述实施例的限制。
实施例1 阴极池反应电解池
如图1和图2所示的阴极池反应电解池，包括阳极池（1）、固定夹（2）、质子交换膜（3）和阴极池（4）；所述阳极池（1）底部封闭，顶部有2个向上延伸且端部开口的管，其中一个为阳极预留口（12），另一个安装对电极及固定套（8）；所述阳极池（1）中部侧面设置一端开口的阳极直通管（14）；所述阴极池（4）底部封闭，顶部有中轴线不在同一平面上的3个向上延伸且端部开口的管，分别安装工作电极及固定套（9），阴极通气管及固定套（10），参比电极及固定套（11）；所述阴极通气管及固定套（10）的下端设有阴极出气砂芯（101）；所述阴极池（4）中部一侧设置一端开口的阴极直通管（15），另一侧设置取样管（6），所述取样管上设置取样阀（7）；所述质子交换膜（3）由固定夹（2）固定在在阳极直通管（14）和阴极直通管（15）之间；所述阴极池（4）内有磁力搅拌子（5）。
将阴极池和阳极池加入等体积的电解质溶液（如KOH溶液），电化学测试开始前向阴极池中的溶液中通入氧气一段时间（预计数分钟即可达到饱和），电化学测试过程中继续向体系中通入氧气以补充反应消耗掉的O2。由于采用砂芯进气的方式均匀致密地通入氧气，且氧气出气口距离电极界面较远，基本可以排除氧气流对电极表面的物理干扰。测试过程中将各电极与电化学工作站上的相应电极夹相连，测试的过程中可以给阴极池施加搅拌，使反应物及产物都能及时地扩散。经过一段时间的反应，需要分析产物浓度时，可以迅速旋开取样阀，取出少许产物并即时检测其浓度并计算产量。
实施例2 全电池反应电解池
如图3和图4所示的全电池反应电解池，包括阳极池（1）、固定夹（2）、质子交换膜（3）和阴极池（4）；所述阳极池（1）底部封闭，顶部有3个向上延伸且端部开口的管，其中一个为阳极预留口（12），另2个安装对电极及固定套（8）和阳极通气管及固定套（13）；所述阳极通气管及固定套（13）的下端设有阳极出气砂芯（131）；所述阳极池（1）中部侧面设置一端开口的阳极直通管（14）；所述阴极池（4）底部封闭，顶部有中轴线不在同一平面上的2个向上延伸且端部开口的管，分别安装工作电极及固定套（9）和阴极通气管及固定套（10）；所述阴极通气管及固定套（10）的下端设有阴极出气砂芯（101）；所述阴极池（4）中部一侧设置一端开口的阴极直通管（15），另一侧设置取样管（6），所述取样管上设置取样阀（7）；所述质子交换膜（3）由固定夹（2）固定在在阳极直通管（14）和阴极直通管（15）之间；所述阴极池（4）内有磁力搅拌子（5）。
将阴极池和阳极池加入等体积的电解质溶液（如KOH溶液），电化学测试开始前向阴极池溶液和阳极池溶液中通入氧气一段时间，向阳极池溶液中通入氢气一段时间（预计数分钟即可达到饱和）。电化学测试过程中继续向体系中通入氧气及氢气以补充反应消耗掉的O2。测试过程中将电化学工作站上的工作电极夹与工作电极相连，参比电极夹和对电极夹同时连到对电极上。测试的过程中可以给阴极池施加搅拌，使反应物及产物都能及时地扩散。经过一段时间的反应，需要分析产物浓度时，可以迅速旋开取样阀，取出少许产物并即时检测其浓度并计算产量。
实施例3 通用电解池
如图5和图6所示的全电池反应电解池，包括阳极池（1）、固定夹（2）、质子交换膜（3）和阴极池（4）；所述阳极池（1）底部封闭，顶部有3个向上延伸且端部开口的管，其中一个为阳极预留口（12），另2个安装对电极及固定套（8）和阳极通气管及固定套（13）；所述阳极通气管及固定套（13）的下端设有阳极出气砂芯（131）；所述阳极池（1）中部侧面设置一端开口的阳极直通管（14）；所述阴极池（4）底部封闭，顶部有中轴线不在同一平面上的3个向上延伸且端部开口的管，分别安装工作电极及固定套（9），阴极通气管及固定套（10），参比电极及固定套（11）；所述阴极通气管及固定套（10）的下端设有阴极出气砂芯（101）；所述阴极池（4）中部一侧设置一端开口的阴极直通管（15），另一侧设置取样管（6），所述取样管上设置取样阀（7）；所述质子交换膜（3）由固定夹（2）固定在在阳极直通管（14）和阴极直通管（15）之间；所述阴极池（4）内有磁力搅拌子（5）。
使用时，根据研究需要，若只研究阴极反应，可以选择使用工作电极（9）、阴极通气管（10）、参比电极（11）和对电极（8），阳极通气管（13）不通气体。将对应电极连接电化学工作站，并进行电化学测试。经过一段时间的反应，需要分析产物浓度时，可以迅速旋开取样阀，取出少许产物并即时检测其浓度并计算产量。若研究阳极也有气体作为反应物的全电池反应，可以选择使用工作电极（9）、阴极通气管（10）、对电极（8）、阳极通气管（13），此时不需要使用参比电极（11）。将对应电极连接电化学工作站，并进行电化学测试。
Claims (9)
1.一种电催化反应电解池，其特征在于，包括阳极池、阴极池、质子交换膜和固定夹；所述阴极池底部封闭、顶部有多个向上延伸且端部开口的管；所述阴极池中部一侧设有一端开口的直通管，另一侧设有取样管，所述取样管上设有取样阀；所述阳极池底部封闭，顶部有多个向上延伸且端部开口的管；所述阳极池中部侧面设置一端开口的直通管；所述质子交换膜由固定夹固定在阳极直通管和阴极直通管之间。
2.根据权利要求1所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述阴极池和阳极池顶部管的数量为2个或3个。
3.根据权利要求2所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述阳极池顶部的管至少一个为阳极预留口。
4.根据权利要求2所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述阴极池或阳极池的顶部3个管的中轴线不在同一平面上。
5.根据权利要求1所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述电解池还包括工作电极及固定套、阴极通气管及固定套、参比电极及固定套和对电极及固定套。
6.根据权利要求1所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述电解池还包括工作电极及固定套、阴极通气管及固定套、对电极及固定套、阳极通气管及固定套。
7.根据权利要求1所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述电解池还包括工作电极及固定套、阴极通气管及固定套、参比电极及固定套、对电极及固定套和阳极通气管及固定套。
8.根据权利要求5、6或7任一所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述阴极通气管或阳极通气管的末端设有通气砂芯。
9.根据权利要求1所述的电催化反应电解池，其特征在于，所述阴极池内还包括磁力搅拌子。
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| CN202020157646.1U CN211603021U (zh) | 2020-02-10 | 2020-02-10 | 一种电催化反应电解池 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115094446A (zh) * | 2022-05-10 | 2022-09-23 | 昆明理工大学 | 一种基于双功能催化剂的便携式过氧化氢反应器及其制备方法 |
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2020
- 2020-02-10 CN CN202020157646.1U patent/CN211603021U/zh not_active Expired - Fee Related
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| CN115094446B (zh) * | 2022-05-10 | 2023-08-11 | 昆明理工大学 | 一种基于双功能催化剂的便携式过氧化氢反应器及其制备方法 |
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