利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法技术

本发明专利技术属于电解产生酸性水或碱性水领域，特别是公开了一种利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，该方法包括工作电极、对电极以及中性水，产生酸性水时，在工作电极和对电极之间施加电势，该电势小于氢气产生的电势，产生碱性水时，工作电极和对电极处于放电状态，这种方法，不涉及任何有机酸、无机酸的使用，过程中不产生氢气和氧气，使电转化酸性水或碱性水的生成高效，电流密度小，实施简单，电压小，可与可再生能源如太阳能联用，两者电压匹配，如施加电势超过产氢电势，酸性水pH值会降到更低值，但将产生一部分氢气，使过程无效能耗升高。

Production method of acid water or alkaline water by electric energy

The invention belongs to the field of producing acid water or alkaline water by electrolysis, in particular to a production method of producing acid water or alkaline water by using electric energy. The method comprises a working electrode, a pair of electrodes and a neutral water. When producing acid water, the potential is applied between the working electrode and the pair of electrodes. The potential is less than the potential generated by hydrogen. When generating alkaline water, the working electrode and the pair of electrodes In the state of discharge, this method does not involve the use of any organic acid or inorganic acid, and does not produce hydrogen and oxygen in the process, so that the generation of electric conversion acid water or alkaline water is efficient, the current density is small, the implementation is simple, and the voltage is small. It can be used in combination with renewable energy such as solar energy, and the voltage of the two is matched. If the applied potential exceeds the hydrogen generation potential, the pH value of acid water will drop to a lower value But some hydrogen will be produced, which will increase the energy consumption of the process.

【技术实现步骤摘要】
利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法
本专利技术属于电解产生酸性水或碱性水领域，特别是涉及一种利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法。
技术介绍
酸性水或强氧化水是指pH值在2-7之间的水，具有酸性和强氧化性；碱性水是指pH值在7-12之间的水，具有碱性。酸性水经常广泛应用于传统行业如杀菌、消毒、卫生、医疗，以及一些新兴产业的需求，如农业助长农产品、土壤改性、修复等、电子行业清洗、矿产冶金湿法冶炼如有色金属、稀土、稀贵、稀有元素提取、浓缩等。碱性水广泛应用于形成氢氧化物以及沉积、沉降等过程，如去离子水、软化水、化工产物获取、分离、纯化工艺中。通常的酸性水或碱性水是通过添加无机酸、有机酸、无机碱等实现，不可避免水中含有其它可观的负离子或正离子，造成诸多不利影响，如使用中多余正、负离子产生副作用、以及酸性或碱性需要需求结束后的处理工序等问题。现有一些专利报道可以产生酸性或碱性水，基本采用加入无机酸、有机酸的辅助，实际上不是真正的无负离子的单纯酸性或碱性水，给后继使用带来不便或负面影响。常规的电化学方法可以在水中产生多余的氢离子或氢氧根离子，如果氢离子或氢氧根离子不等量，则水会呈酸性或碱性，这些方法进一步延伸即可产生氢气或氧气，即所谓的电解水，仅产生酸性或碱性水、或电解水直接产生氢气和氧气取决于具体电解实施条件、方法和采用的电极材料，过程控制较为复杂，使用中还涉及电转化效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，旨在提供一种利用电能直接地或可再生能源间接地生产酸性水或碱性水的生产方法。该过程不涉及任务有机酸、无机酸的使用，过程中不产生氢气和氧气，使电转化酸性水的生成高效，电流密度小，实施简单，电压小，可与可再生能源如太阳能联用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，包括工作电极、对电极以及中性水，产生酸性水时，在工作电极和对电极之间施加电势，该电势小于氢气产生的电势，产生碱性水时，工作电极和对电极处于放电状态。工作电极和对电极之间施加电势小于1volt。如施加电势超过产氢电势，酸性水pH值会降到更低值，但将产生一部分氢气，使过程无效能耗升高。所述工作电极主要包括金属氧化物、金属氧硫化物、金属碳化物、金属氮化物或金属氢化物、以及复合金属氧化物、复合金属硫化物、复合金属碳化物、复合金属氮化物或复合金属氢化物、和石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯、或碳氮化物、硅钼、硅碳等材料。所述电极工作材料利用生长、涂覆等手段附着在多孔导电材料上。所述多孔导电材料为泡沫镍、或为泡沫铝、或为泡沫铜、或为泡沫铁、或为泡沫锌、或为泡沫锰、或为泡沫钴、或为铂电极。所述工作电极的活性材料制备方法采用液相沉积法、或共沉降法、或水热法、或有机溶剂热法、或化学气相沉积、或物理沉积法。所述对电极可以是惰性的碳电极、或为石墨电极、或为铂电极、或为银电极、或为金电极，一般要求导电性能好。本专利技术的优点及其积极效果是：本专利技术系统的工作原理是电极在有能量输入情况下开始工作产生酸性、强氧化水，在能量输出情况下，即逆向产生碱性水，输入能量可以直接是常规电能、太阳能或风能等。在工作电极和对电极之间直接通电，产生酸性水和强氧化水。在工作电极和对电极之间放电，就会产生碱性水。实施电压为0.1-1V，施加电流视电极有效通流面积等因素。同理，如采用太阳能，则产生酸性水和强氧化水，在工作电极和对电极之间放电，就会产生碱性水。实施太阳能可以有两种具体方式，包括太阳能电池板供电、或直接太阳光照工作电极材料。电极、电解质工作环境可以是较低至较高温度(-40℃-250℃)、较低至较高压力(0-10MPa)。附图说明图1为钴铁复合金属氧化物电极的表面形貌案例。图2为锰铁钴复合氧化物电极的表面形貌案例。图3为金属氧硫化物电极的表面形貌案例。图4为石墨烯+稀土铁钙钛矿材料表面形貌案例。图5为光催化电极：石墨烯+TIO2的表面形貌案例。图6为石墨烯+复合铁氧化物的表面形貌案例。图7为三维石墨烯电极材料的表面形貌案例。图8为金属氧硫化物的电转化效率和材料耐久结果。图9为锰铁钴复合氧化物电极的电转化效率和材料耐久结果。图10为钴铁复合金属氧化物电极的电转化效率和材料耐久结果。图11为三维石墨烯电极材料的电转化效率和材料耐久结果。图12为镍硫化物以及涂覆金属Pt电极在不同电压下生产酸性水的试验结果。图13为直接光照产生酸性水和碱性水(A)、输入电能产生酸性水或碱性水(B)装置示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。如图13所示，利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，包括工作电极、对电极以及中性水，产生酸性水时，电极材料处于放电状态，电极材料与中性水中微量的氢氧根离子反应，生成金属氢氧化物，中性水中氢氧根减少，水产生氢离子和氢氧根离子的平衡打破、向产物方向移动，产生更多氢离子和氢氧根离子，由于氢氧根离子与电极材料反应固定在电极上，使氢离子在水中浓度逐步增大，酸性增强趋势明显。但另一个可逆反应、即氢离子有与输入电子结合产生氢气的化学势也同时增强，为使水产生氢离子和氢氧根离子的反应持续、同时保持水中氢离子浓度持续增加，需控制电极电势小于氢气产生电势，该电势对应水的酸性状态，电势越高、水的酸性越大，即pH值越低，一般控制电势1volt一下，该反应与电极自身化学态也有关，还原态越显著，可实现水的酸性越显著；而不同材料的化学还原态也存在差异。前述三者的共同作用下，pH值可实现3-4之间、甚至更低，起决定作用的是电极材料。图8-图12是专利技术人试验过的不同电极材料的转化效率和材料耐久结果示意图，如图8所示为金属氧硫化物电极材料的转化效率和材料耐久结果，图9为锰铁钴复合氧化物电极的转化效率，图10为钴铁复合金属氧化物电极的转化效率，图11分别为三维石墨烯电极材料在0.1A/g,4A/g,10A/g，3V条件下Coulombic电转化效率和循环实验结果。如图12为镍硫化物以及金属Pt在不同电压下生产酸性水和碱性水的试验结果。产生碱性水时，电极处于放电状态，电极材料回复原先状态，电极上的氢氧根离子向水中转移，水中氢氧根离子浓度增加，pH值酸性过渡到中性再至碱性并增强。这种制备方法中采用的工作电极的活性物质主要包括金属氧化物、金属氧硫化物、金属碳化物、金属氮化物或金属氢化物、复合金属氧化物、复合金属氧化硫物、复合金属碳化物、复合金属氮化物或复合金属氢化物、复合金属氧硫化物以及石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯、或碳氮化物、硅钼、硅碳等纳米材料等。为增加过程导电性，提高工作电流，以提高酸性水产量，可以将前述电极工作材料利用生长、涂覆等手段附着在多孔导电材料上，如泡沫镍、泡沫铝、泡沫铜、泡沫铁、泡沫锌、泡沫锰、泡沫钴等。图1为钴铁复合金属氧化物电极的表面形貌案例，图2为锰铁钴复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，其特征在于，包括工作电极、对电极以及中性水，产生酸性水时，在工作电极和对电极之间施加电势，该电势小于氢气产生的电势，产生碱性水时，工作电极和对电极处于放电状态。/n

【技术特征摘要】
1.利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，其特征在于，包括工作电极、对电极以及中性水，产生酸性水时，在工作电极和对电极之间施加电势，该电势小于氢气产生的电势，产生碱性水时，工作电极和对电极处于放电状态。


2.根据权利要求1所述的利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，其特征在于：工作电极和对电极之间施加电势小于1volt。


3.根据权利要求1所述的利用电能生产酸性水或碱性水的生产方法，其特征在于：所述工作电极主要包括金属氧化物、金属氧硫化物、金属碳化物、金属氮化物或金属氢化物、以及复合金属氧化物、复合金属氧硫化物、复合金属碳化物、复合金属氮化物或复合金属氢化物以及石墨烯、氧化石墨烯或还原氧化石墨烯、或碳氮化物、硅钼、硅碳材料。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晏，
申请(专利权)人：山西中谱能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山西;14