臭氧的電解法產生技術

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1、臭氧的電解法產生技術利用直流電源電解含氧電解質產生臭氧氣體的方法，其歷史同發(fā)現臭氧一樣悠久。20世紀80年代以前，電解液多為水內填加酸鹽類電解質，電解面積比較小，臭氧產量很小，運行費用很高。由于人們在電極材料、電解液與電解機理、過程方面作了大量的研究工作，電解法臭氧、發(fā)生技術取得很大進步6近期．發(fā)展的SPE(固態(tài)聚合物電解質)電極：與金屬氧化催化技術，使用純水得到14％以上的高濃度臭氧，使電化學法臭氧發(fā)生器的技術向前邁出一大步。工藝電解電化學發(fā)生臭氧不像電暈法臭氧發(fā)生器那樣，將預先干燥過的壓縮空氣(或氧氣)通過高頻電暈放電，而是用水的

2、電化學氧化法生成的。含有水化熒光陰離子電解質的水中，在近似室溫下以高電流功率可將水氧化成臭氧。陽極材料選擇方面的進步也使接近室溫電解成為可能。在早先的研究中，對臭氧發(fā)生有吸引力的電流敢率雖僅在溫度極低的電解液(或陽極表面)中被測到過。在這種溫度下運行(—20～—60℃)，加之需要昂貴的冷凍，不允許應用氧的還原作為電解過程中相應的陰極工藝。因為空氣中氧還原的動力學隨溫度降低變得很差，氫逸出曾被看成是惟一可用的陰極工藝，雖然理論上需要加1.23V的槽電壓。對于電解生產臭氧來說，所有經擠上的預測都是很不利的。下面討論的電解法(圖3-33)，

3、是由以下半電池反應組成的，在陽極處?臭氧生產的理論槽電壓是0.27V。實際上從未達到過接近這種電壓，因為人們必須通過利用具有極高氧過電壓的陽極材料制止氧氣逸出。同樣在燃料電池開發(fā)當中已廣泛研究過的氧化還原反應，是有名的慢。預計槽電壓大約1．8～2.1V?？偟恼f來，電解過程變成為：O2(空氣)→O3，同時可立即指出某些特點和優(yōu)點。送進反應器空氣不需要任何方式韻預處理，空氣無需干燥，也不需壓縮，實際上為制止電解液失水略有增濕作用或許正是所希望的?？諝庵卸趸纪ㄟ^被選擇的酸性電解液排出。在陽極一側，無氮氧化合物(NOx)產生，僅產生臭氧，

4、氧和作為載體的空氣的混合氣。當臭氧從電解槽中逸出時，載體氣(供到電解槽的超過陰極化學計量需要的空氣)用于稀釋已形成的臭氧，否則，生成的臭氧濃度可能會大大超過爆炸極限濃度。電解工藝的一個特有優(yōu)點：發(fā)生臭氧的濃度不像電暈放電工藝那樣，是同功率消耗相互無關的。臭氧濃度首先決定于電流效率(對此最近試驗已表明可達到30％～50％范圍內)，其次決定—于稀釋氣體的流量。采用電解工藝至少10％的臭氧濃度是可以達到的?？諝鈿庠措姇灧烹姵粞醢l(fā)生器，往往在電能效率比近似1％濃度還低的情況下，一般最好也不超過32％臭氧。電解法的發(fā)展與前景自1840年由硫酸電

5、解而首次發(fā)現臭氧以來，這一領域開發(fā)緩慢，因為至今開發(fā)結果令人失望，有的只是學術意義上的。關于電解發(fā)生臭氧方面的研究可以在電解液成分上和陽極材料選擇上顯示其特性。這種電解液必須除氧以外其他均不反應，臭氧在陽極逸出或氧還原。此電解液還必須不與所產生的臭氧發(fā)生化學反應。上述限制導致選擇含氧陰離子和熒光陰離子的酸類，以及它們的堿金屬鹽類，作為最適用的電解液。對臭氧的逸出情況呈惰性的陽極材料少。在水的陽極分解過程中產生出極高的界面酸濃度。就大多數金屬來說高陽極電位可導致溶解或鈍化，一般常用鉑，并顯示出有足夠的惰性。某些鉑的貴金屬合金也用過，雖然

6、它們的氧過電壓被降低了。還用過處于高氧化態(tài)下的導電氧化物(例如口態(tài)和夕態(tài)的PbO2和SnO2)，顯示有前途。在某些電解液成分中，熱解碳也顯得有惰性。鉑／硫酸陽極和電解液已成為兩種電解方式中進一步研究的主題。起初，使用細鉑絲以達到50～100A／cm2級的電流密度。用0℃電解液，電流效率高達27％(陽極放出的臭氧與氧之比的百分數)仍觀測到將近15V的槽電壓。輝光放電機理似乎很像是由于遇到高壓電場以及必然發(fā)生的氣熱而造成的。在鉑／硫酸組合中研究出的第二種臭氧發(fā)生方式是，易熔電解成分于盡可能低的溫度下的電解。電流密度高達32%，可是，冷凍費

7、用(按電解過程本身所消耗電能的1／3~1／2計)打消了這項技術工業(yè)應用的考慮。在同一方式中進一步研究了鉑陽極／過氯酸組合。然而，在—40℃時最大電流效率為36％，用于按比例放大還是不適當的。三個不同的研究在使用二氧化鉛陽極電解臭氧發(fā)生方面取得了一項重要進展。賽姆欽科(Semchemko)等首先電解磷酸，發(fā)現在室溫10～15℃下，能得到電流效率13％的產量。接著，賽姆欽科及其合作者研究了過氯酸的應用，在—15℃溫度下獲得電流效率32％的產量。同二氧化鉛陽極聯合使用，在電解液中加入少量氟化物離子，具有提高陽極電位，同時提高臭氧電流效率的顯

8、著效果。截至1975年，已取得鼓舞人心的結果。不過用Pb02陽極，在臭氧逸出過程發(fā)現有某些腐蝕。之后福勒和托比亞斯。(Foller和Tobias)提出一項綜合化學／電化學機理。弗里茲(Fritz)等繼續(xù)磷酸基電解液系統的