懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電催化和氫能源技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，人類對能源的消耗需求日益增大，化石燃料如煤，石油，天然氣等不可再生燃料，將在不久的將來消耗殆盡，同時(shí)化石燃料燃燒所產(chǎn)生的廢氣，廢渣等都會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。由于氫能資源豐富，來源廣，氫的燃燒熱值高，清潔無污染，越來越受到各國科學(xué)家的關(guān)注。電解水制氫是目前最為成熟，易于工業(yè)化，綠色環(huán)保的方法。然而在電解水制氫的過程中，能耗較高導(dǎo)致電解水制氫的低效，嚴(yán)重阻礙了電解水制氫的工業(yè)應(yīng)用。利用電解水制氫電極通常具有兩種模式:一是制備電解水催化劑粉體，然后通過粘結(jié)劑負(fù)載在導(dǎo)電電極上進(jìn)行電解水產(chǎn)氫。這種模式存在的問題是負(fù)載的催化劑容易脫落，而且粘結(jié)劑也會(huì)降低電催化劑活性，尤其是高負(fù)載量的情況下。另外一種模式是直接在導(dǎo)電電極上原位生長電催化劑。這種模式雖然避免了使用粘結(jié)劑，但是如果電催化劑長時(shí)間運(yùn)行失效，電催化劑不能隨時(shí)更新。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，應(yīng)用于電催化解水時(shí)，可采用微球電催化劑，避免了電催化劑的負(fù)載，獲得高的產(chǎn)氫效率。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，包括電解池，所述電解池中設(shè)有將電解池分隔為陽極室和陰極室的質(zhì)子交換膜;所述質(zhì)子交換膜傾斜設(shè)置，下端貼于電解池的底部，上端貼于電解池的頂部;所述陽極室位于質(zhì)子交換膜的上方，陽極室的側(cè)壁設(shè)有陽極，陽極室的頂部設(shè)有氧氣出口；所述陰極室位于質(zhì)子交換膜的下方，陰極室的底部設(shè)有陰極，陰極室的頂部設(shè)有氫氣出口。
[0006]所述質(zhì)子交換膜與水平面的夾角為45度。
[0007]所述陰極室以電解池的底部為其底部。
[0008]所述陰極的形狀與電解池的底部相同，所述陰極貼于電解池的底部上。
[0009]所述電解池的頂部為一塑料套帽，所述氫氣出口、氧氣出口設(shè)于塑料套帽上。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0011](I)本發(fā)明的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，可使用微球電催化劑，電催化劑可以隨時(shí)更換，重復(fù)使用，實(shí)用性強(qiáng)，高效連續(xù)電催化的特點(diǎn)，達(dá)到了高效電解水產(chǎn)氫的效果。
[0012](2)本發(fā)明的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置的陰極采用水平設(shè)置的形式，微球電催化劑無需固定負(fù)載在電極上，催化劑可由陰極承載，分散在電解液中，使氫氣氣泡更易脫附。
[0013](3)本發(fā)明的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置的質(zhì)子交換膜采用傾斜設(shè)置的方式，使氫氣易于匯集于產(chǎn)氫出口，并且增加了微球催化劑碰撞幾率，使氫氣更容易脫附，從而獲得高的產(chǎn)氫效率。
[0014](4)本發(fā)明的裝置具有可簡單拆卸和搭建的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的實(shí)施例的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置的示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明的實(shí)施例的懸浮電催化反應(yīng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0018]實(shí)施例
[0019]如圖1所示，本實(shí)施例的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，包括電解池，為圓柱體結(jié)構(gòu)，體壁為玻璃材質(zhì)，底部密封，頂部為塑料套帽，設(shè)有氧氣出口 I和氫氣出口 2;所述電解池中設(shè)有將電解池分隔為陽極室3和陰極室4的質(zhì)子交換膜5;所述質(zhì)子交換膜傾斜設(shè)置，與水平面的夾角為45度，下端貼于電解池的底部，上端貼于塑料套帽上;所述陽極室3位于質(zhì)子交換膜5的上方，陽極6采用方片型碳布，設(shè)于陽極室3的側(cè)壁，氫氣出口 I設(shè)于陽極室3的頂部;所述陰極室4位于質(zhì)子交換膜5的下方，陰極7采用圓片型鈦片，形狀與電解池的底部相同，貝占于電解池的底部，氫氣出口 2設(shè)于陰極室4的頂部。電催化劑碳化鉬微球8分散在電解液中。
[0020]本實(shí)施例的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置的應(yīng)用過程如下:
[0021]電催化劑采用直徑為500微米的碳化鉬微球，放置于陰極室內(nèi)，碳化鉬微球重力作用沉積在陰極電極上；電解液采用0.5摩爾每升的硫酸水溶液，注入到反應(yīng)裝置，液面高于陽極，低于反應(yīng)裝置塑料套帽下5厘米，進(jìn)行懸浮電催化反應(yīng)。
[0022]如圖2所示，電催化劑碳化鉬微球加入到懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置的陰極室中，碳化鉬微球由于初始重力的作用沉積在電解池底部的陰極上。當(dāng)在一定電壓下電流從電極間通過時(shí)，陰極上產(chǎn)生氫氣，陽極上產(chǎn)生氧氣，陽極室和陰極室通過質(zhì)子交換膜進(jìn)行質(zhì)子交換。電解液中氫離子吸附在微球表面，在施加一定的外電壓得到電子后，傳遞給吸附在微球表面的氫離子，氫離子由于得到電子而發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣吸附在微球表面；由于氫氣產(chǎn)生向上的浮力Fb，當(dāng)微球表面吸附的氫氣足夠多，產(chǎn)生的浮力Fb大于微球自身重力Fg，微球便會(huì)懸浮于電解液中；同時(shí)，電催化劑微球彼此碰撞，氫氣發(fā)生脫附，電催化微球由于重力作用沉到反應(yīng)器底部陰極上，重復(fù)上述懸浮電催化反應(yīng)，從而在懸浮電催化解水裝置中進(jìn)行懸浮電催化過程。
[0023]本實(shí)施例的電解池可以是圓柱體，長方體，球體，電極和質(zhì)子交換膜根據(jù)形狀尺寸調(diào)整。
[0024]本實(shí)施例的陽極材料可以是碳布、鈦網(wǎng)、玻碳、鉑、過渡金屬、金屬氧化物，根據(jù)電解液酸堿性不同進(jìn)行調(diào)整。
[0025]本實(shí)施例的陰極材料可以是鈦片、鎳片、不銹鋼片、玻碳，耐腐蝕金屬，根據(jù)電解液酸堿性不同進(jìn)行調(diào)整。
[0026]本實(shí)施例的質(zhì)子交換膜根據(jù)電解液不同，可以是酸性質(zhì)子交換膜和堿性質(zhì)子交換膜。
[0027]本實(shí)施例的電催化劑微球可以是鉬基、過渡金屬基、貴金屬基和碳基電催化劑，形貌可以是球狀、方形、線性、片形，尺寸和重量與產(chǎn)生氫氣浮力匹配，進(jìn)行調(diào)控。
[0028]本實(shí)施例的電解液可以是酸性電解液，堿性電解液和中性電解液。
[0029]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，其特征在于，包括電解池，所述電解池中設(shè)有將電解池分隔為陽極室和陰極室的質(zhì)子交換膜;所述質(zhì)子交換膜傾斜設(shè)置，下端貼于電解池的底部，上端貼于電解池的頂部;所述陽極室位于質(zhì)子交換膜的上方，陽極室的側(cè)壁設(shè)有陽極，陽極室的頂部設(shè)有氧氣出口；所述陰極室位于質(zhì)子交換膜的下方，陰極室的底部設(shè)有陰極，陰極室的頂部設(shè)有氫氣出口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，其特征在于，所述質(zhì)子交換膜與水平面的夾角為45度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，其特征在于，所述陰極室以電解池的底部為其底部。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，其特征在于，所述陰極的形狀與電解池的底部相同，所述陰極貼于電解池的底部上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，其特征在于，所述電解池的頂部為一塑料套帽，所述氫氣出口、氧氣出口設(shè)于塑料套帽上。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種懸浮電催化解水產(chǎn)氫裝置，包括電解池，所述電解池中設(shè)有將電解池分隔為陽極室和陰極室的質(zhì)子交換膜；所述質(zhì)子交換膜傾斜設(shè)置，下端貼于電解池的底部，上端貼于電解池的頂部；所述陽極室位于質(zhì)子交換膜的上方，陽極室的側(cè)壁設(shè)有陽極，陽極室的頂部設(shè)有氧氣出口；所述陰極室位于質(zhì)子交換膜的下方，陰極室的底部設(shè)有陰極，陰極室的頂部設(shè)有氫氣出口。本發(fā)明具有可簡單拆卸和搭建，電催化劑可以隨時(shí)更換，實(shí)用性強(qiáng)，高效連續(xù)電催化的特點(diǎn)，達(dá)到了高效電解水產(chǎn)氫的效果。
【IPC分類】C25B1/10, C25B9/00, C25B9/08, C25B11/04
【公開號(hào)】CN105714326
【申請?zhí)枴緾N201610194453
【發(fā)明人】周偉家, 陳潔, 佟慶笑, 唐正華
【申請人】華南理工大學(xué)