一种基于金属臭氧电池的自供电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种基于金属臭氧电池的自供电装置。该装置包括臭氧气室腔体和电池腔体，电池腔体设置在所述臭氧气室腔体的内部，臭氧气室腔体的底部设置有进气口，顶部设置有出气口，电池腔体由多孔圆柱体组成，电池腔体的下部设置进水口，上部设置出水口，多孔圆柱体的侧壁设置有气体扩散正极，内部设置有金属负极，气体扩散正极和金属负极通过导线与用电器连接；电解液经进水口自下而上流入所述电池腔体，从出水口流出，汇入出水箱。本实用新型专利技术具有高产电，自供电，同步废气治理的协同处置特点，实现了高水平的以废治废目的，这对可持续绿色水处理技术发展具有重要现实意义。还实现同步臭氧淬灭、电能回收、水处理净化的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于金属臭氧电池的自供电装置


[0001]本技术涉及金属空气电池和水处理
，尤其涉及一种基于金属臭氧电池的自供电装置。

技术介绍

[0002]近年来，臭氧催化氧化技术在水处理、消毒领域获得广泛应用。现有技术中的臭氧水处理工艺主要通过臭氧发生器将纯氧气体在高压电场环境下转化为臭氧，因此臭氧催化工艺需要纯氧和电能才能产生高浓度的臭氧气源，多数纯氧也要通过制氧机等设备制取，臭氧制备需要大量能耗，使得制备出臭氧氧化剂弥足珍贵。然而实际工程中，臭氧利用率并不高，大量的臭氧尾气还需要通过臭氧淬灭器进行分解，最终产生的纯氧尾气排放到大气造成浪费。这样造成臭氧和纯氧气体中大量的化学能被直接淬灭并且浪费掉，造成巨大的浪费。随着我国能源领域快速变革以及我国碳中和战略实施，开发低耗清洁的能源技术成为关键。
[0003]近年来，金属空气电池作为重要的产电装置，基于其产电功率高，稳定性好等优点，备受关注。其中传统金属空气电池多用空气作为电子受体，因为空气中氧气含量仅为20％，氧化能力有限。如果将其他具有强氧化性的气体，或者废气能够作为电子受体不仅可以解决大气污染，同时可以利用废气中潜在的化学能进行发电，一举两得。
[0004]另外，臭氧作为重要的水处理氧化剂，通常需要加入H2O2或其他金属离子如Fe
2+
,Al
3+
等作为催化剂，强化臭氧转化为羟基自由基，更高效地去除水中的污染物。然而，上述药剂添加不仅增加了成本也不利于绿色水处理技术发展。虽然有研究者发现电化学作用可以利用电化学还原作用将O2转化为H2O2，或者电化学腐蚀作用从腐蚀性阳极释放相应的金属阳离子，但是仍需要大量额外电能支持。
[0005]因此，如何解决臭氧尾气问题，同时又充分利用臭氧的水处理氧化能力以及其中的纯氧资源，实现废气+废水同步以废治废，是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本技术的实施例提供了一种基于金属臭氧电池的自供电装置及其使用方法，以实现利用臭氧的水处理氧化能力和纯氧资源，实现废气+废水同步以废治废。
[0007]为了实现上述目的，本技术采取了如下技术方案。
[0008]一种基于金属臭氧电池的自供电装置，包括：臭氧气室腔体和电池腔体，所述电池腔体设置在所述臭氧气室腔体的内部，所述臭氧气室腔体的底部设置有进气口，顶部设置有出气口，所述电池腔体由多孔圆柱体组成，电池腔体的下部设置进水口，上部设置出水口，多孔圆柱体的侧壁设置有气体扩散正极，内部设置有金属负极，所述气体扩散正极和所述金属负极通过导线与用电器连接；
[0009]电解液经进水口自下而上流入所述电池腔体，从出水口流出，汇入出水箱。
[0010]优选地，所述进气口和出气口空间上呈平行布置，高度差为腔体高度，进气沿腔体
下部切线方向进入腔体，在腔体内部形成螺旋状气流，在沿腔体上部切向从出气口排出。
[0011]优选地，所述气体扩散正极和金属负极之间的间距为0.5cm
‑
1cm。
[0012]优选地，所述金属负极为镁、铁、铝和锌中的任意一种或多种的复合物。
[0013]优选地，所述气体扩散正极从表层到基体依次包括空气扩散层、催化层、导电层和集流体，所述空气扩散层面向臭氧，为聚四氟乙烯涂层；所述集流体为导电多孔基体；所述导电层为活性炭、炭黑、石墨烯和石墨粉中的一种或多种的复合物。
[0014]优选地，所述正极催化层面向电解液，为Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑中的一种或者其中任意多种组份的复合物。所述电解液为0.1M
‑
6M浓度的NaOH或KOH、NaCl、 Na2SO4溶液，或具有高电导率的废水。
[0015]根据本技术的另一个方面，提供了一种所述的基于金属臭氧电池的自供电装置的使用方法，包括：
[0016]臭氧尾气经进气口进入臭氧气室腔体，呈螺旋状与电池腔体中的气体扩散正极接触，与电池腔体中的金属负极产生原电池效应，促进金属负极的腐蚀，产生电流，气体扩散正极在电化学还原作用下促进臭氧的电子分解为氧气；
[0017]电解液从电池腔体的下部进水口进入，上部出水口流出，浸没在电解液中的金属负极在电流作用下腐蚀产生羟基化金属，与废水中磷酸根反应产生金属磷酸盐沉淀，同时作为絮凝剂去除废水中大分子有机物，其中部分金属离子与通过空气正极穿透到电解液中臭氧发生催化反应，促进臭氧转化产生活性氧物质。
[0018]优选地，在自供电产生的电场条件下，臭氧尾气中的氧气在气体扩散正极的表面还原成为H2O2，在电解液中进一步催化臭氧转化为羟基自由基，实现电絮凝+电
‑
过臭氧 (O3/H2O2)的协同，实现对有机污染物的去除。
[0019]由上述本技术的实施例提供的技术方案可以看出，本技术实施例提出金属臭氧电池新概念，可以实现同步臭氧淬灭、电能回收、水处理净化的目的。本技术可以利用废弃腐蚀性金属如铁、铝、镁或上述金属的合金材料作为负极，还可以起到固体废物高效利用的目的，进一步降低运行成本，实现固废处理+废气处理+废水处理的同步解决。
[0020]本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为本技术实施例提供的一种基于金属臭氧电池的自供电装置的结构图；
[0023]图2为本技术实施例提供的一种基于金属臭氧电池的自供电装置的俯视图；
[0024]图3为本技术实施例提供的一种基于金属臭氧电池的自供电装置的同步净水/淬灭臭氧的方法的实现原理示意图。
[0025]附图标记说明：
①
臭氧气室腔体、
②
电池腔体、
③
气体扩散正极、
④
金属负极、
⑤
进气口、
⑥
出气口、
⑦
进水口、
⑧
出水口。
具体实施方式
[0026]下面详细描述本技术的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术，而不能解释为对本技术的限制。
[0027]本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于金属臭氧电池的自供电装置，其特征在于，包括：臭氧气室腔体和电池腔体，所述电池腔体设置在所述臭氧气室腔体的内部，所述臭氧气室腔体的底部设置有进气口，顶部设置有出气口，所述电池腔体由多孔圆柱体组成，电池腔体的下部设置进水口，上部设置出水口，多孔圆柱体的侧壁设置有气体扩散正极，内部设置有金属负极，所述气体扩散正极和所述金属负极通过导线与用电器连接；电解液经进水口自下而上流入所述电池腔体，从出水口流出，汇入出水箱。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新洋，姚宏，周煜杰，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：新型
国别省市：