用于制备家用双氧水的电化学反应器及制备机的制作方法

1.本实用新型涉及双氧水制造领域，特别涉及一种用于制备家用双氧水的电化学反应器及制备机。


背景技术：

2.在新冠疫情的大背景下，人们对家居消毒和清洁的重视程度达到前所未有的高度。2020年国家卫健委公布了消毒剂使用的官方指南，提出了8大类消毒剂，分别是醇类消毒剂、含氯消毒剂、二氧化氯消毒剂、过氧化物类消毒剂、含碘消毒剂、含溴消毒剂、酚类消毒剂、季铵盐类消毒剂。目前家用消毒剂主要以酒精(醇类消毒剂)、84(含氯消毒剂)、滴露(酚类消毒剂)、威露士(酚类消毒剂)为主，这些品类的消毒剂都有一些气味，比如对于酒精消毒液而言不适合大范围喷洒，另外对于敏感人群，长期吸入和接触此类消毒剂，会刺激口腔、眼、鼻、呼吸道、肺部等，并致使组织和器官受损，因此作为传统的消杀产品的技术革新是消毒液市场一个未来重要的发展趋势。
3.在8大类消毒剂中，过氧化物类消毒剂，具有易溶于水、杀菌谱广、杀菌力强、杀菌快、且可完全降解、分解后生成无毒成分，无残留毒性的特点。如过氧乙酸和过氧化氢(双氧水)被广泛应用于医用消毒领域。
4.但是，化在家用消毒方面，过氧物类消毒剂应用并不多，主要以使用3％浓度的双氧水用于皮肤或伤口的消毒。相比于酒精、84消毒液等，双氧水具有无色无味无残留的特点，却为何在家用消毒方面没有被广泛采用，主要原因包括：1、双氧水性质不稳定，易分解，家居储存时有爆炸风险。2、使用同等剂量时，双氧水的杀菌效果要弱于酒精和次氯酸钠。3、同等质量分数的双氧水溶液，售价价格分别约为酒精和次氯酸钠的12倍和5倍。因此，如何做到双氧水的现制现用，增强双氧水的杀菌效果，降低双氧水的使用成本，是双氧水在家用消毒领域推广使用所面临的三个瓶颈问题。
5.电化学氧还原产双氧水技术发展至今已经有百余年，其基本原理为氧气在催化阴极表面发生电子的还原反应，一步合成双氧水。该技术目前在水和废水处理领域被广泛研究，然而如何在短时间内稳定的、经济的、绿色的产生可家用的双氧水溶液，目前市场还处于空白。


技术实现要素：

6.针对现有技术的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于制备家用双氧水的电化学反应器及制备机，能够简便的制备出满足家用需求的双氧水。
7.为了解决上述问题，本实用新型一方面提供一种用于制备家用双氧水的电化学反应器，所述用于制备家用双氧水的电化学反应器包括：
8.储液罐，用于存储电解液；
9.阴极蠕动泵和阳极蠕动泵，所述阴极蠕动泵和所述阳极蠕动泵可连通/可断开地与所述储液罐相连，以抽取所述储液罐的电解液；
10.电极模块，所述电极模块包括依次设置的阴极、离子交换膜、以及阳极，其中，所述阴极蠕动泵用于对所述阴极模块的阴极侧提供电解液且所述阳极蠕动泵用于对所述电极模块的阳极侧提供电解液；
11.散热风扇，所述散热风扇设置于所述电极模块的阴极的外侧，且面对所述阴极；
12.直流电源，所述直流电源的负极连接所述阴极，所述直流电源的正极连接所述阳极，以对所述电极模块供电。
13.进一步地，所述电极模块包括：
14.阴极端板，所述阴极端板的中部形成有贯穿的第一开口；
15.阴极电极，所述阴极电极设置在所述阴极端板的右侧，所述阴极通过所述阴极电极连接所述直流电源的负极；
16.阴极液室，所述阴极液室设置在所述阴极电极的右侧，所述阴极通过所述阴极液室容纳所述阴极蠕动泵提供的电解液，所述阴极液室在其中部形成有贯穿的第二开口；
17.离子交换膜，所述离子交换膜设置在所述阴极液室的右侧且覆盖所述第二开口；
18.阳极电极，所述阳极电极设置在所述离子交换膜的右侧，且其表面形成有漏液孔，所述阳极通过所述阳极电极连接所述直流电源的正极；
19.阳极液室，所述阳极液室设置在所述阳极电极的右侧，所述阳极通过所述阳极液室容纳所述阳极蠕动泵提供的电解液，所述阳极液室在其中部形成有贯穿的与所述第二开口对应的第三开口；
20.阳极端板，所述阳极端板设置在所述阳极液室的右侧。
21.进一步地，所述电极模块还包括：
22.密封垫圈，所述密封垫圈设置在所述阴极端板和所述阴极电极之间、所述阴极电极和所述阴极液室之间、所述阴极液室与所述离子交换膜之间、所述离子交换膜与所述阳极电极之间、所述阳极电极与所述阳极液室之间、及所述阳极液室和所述阳极端板之间。
23.进一步地，所述阳极电极的结构为网状，其网孔为所述漏液孔。
24.进一步地，所述阴极电极包括金属网和形成于所述金属网表面的催化层，所述阳极电极为钛基氧化物涂层电极。
25.进一步地，所述离子交换膜为阳离子交换膜，其厚度为50～300um。
26.本实用新型另一方面提供一种用家用双氧水制备机，所述家用双氧水制备机包括：
27.电化学反应器，所述电化学反应器为上述任一所述的电化学反应器；
28.第一壳体，所述第一壳体形成为长方体，且内部容纳所述阴极蠕动泵和所述阳极蠕动泵，其中，所述储液罐可插拔地贴设在所述第一壳体的一侧；
29.第二壳体，所述第二壳体设置在所述第一壳体的端部且与所述第一壳体连通，所述第二壳体形成为柱体，其内部容纳所述直流电源和所述电极模块，所述第二壳体的底部形成有连通所述阴极的出液口。
30.进一步地，所述储液罐的底端设有出料口，所述出料口设置有常闭的封堵件，所述第一壳体上设置有凸起，以顶起所述封堵件使所述储液罐与所述阴极蠕动泵和所述阳极蠕动泵相连通。
31.由于上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：
32.根据本实用新型实施例的所述用于制备家用双氧水的电化学反应器，通过阴极蠕动泵抽取储液罐的电解液至阴极，通过阳极蠕动泵抽取储液罐的电解液至阳极，通过散热风扇提供足够的氧气，直流电源对阴极和阳极供电，对电解液进行电化学反应，产生的离子通过离子交换膜进行交换，从而能够简便地制备出家用双氧水。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它附图。
34.图1是根据本实用新型一个实施例的用于制备家用双氧水的电化学反应器的结构图；
35.图2是图1中的电极模块和直流电源的结构图；
36.图3是根据本实用新型一个实施例的家用双氧水制备机的结构图。
37.100、储液罐；210、阳极蠕动泵；220、阴极蠕动泵；300、直流电源；400、电极模块；410、阴极端板；420、阴极电极；430、阴极液室；440、离子交换膜；450、阳极电极；460、阳极液室；470、阳极端板；500、散热风扇；600、产品罐；710、第一壳体；720、第二壳体；721、出液口。
具体实施方式
38.下面，说明本实用新型实施例的用于制备家用双氧水的电化学反应器。
39.通过这个电化学反应器生成的双氧水可以用作喷洒消毒，也可以倒在洗衣机里用做清洗剂，也可以倒在下水道用做除味剂等等。
40.可以把这个电化学反应器搭配到智能马桶里作为一个消毒模块，也可以搭配到洗菜机里作为一个清洗模块，也可以搭配到洗衣机里作为一个清洗消毒模块等等。
41.如图1和图2所示，本实用新型实施例的用于制备家用双氧水的电化学反应器包括储液罐100、阴极蠕动泵220、阳极蠕动泵210、电极模块400、直流电源300、及散热风扇500。
42.首先，说明储液罐100、阴极蠕动泵220及阳极蠕动泵210。储液罐100用于存储电解液。阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210可连通/可断开地与储液罐100相连，以抽取储液罐100的电解液。
43.电解液可以是碳酸盐、硫酸盐中的一种或多种。例如，电解液为浓度为0.1-0.5mol/l的碳酸钠溶液。
44.阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210具有以下特点：无污染，流体只接触泵管，不接触泵体；精度高，重复精度，稳定性精度高；低剪切力，是输送剪切敏感，侵蚀性强流体的理想工具；密封性好：具有良好的自吸能力，可空转，可防止回流；维护简单，无阀门和密封件；具有双向同等流量输送能力；无液体空运转情况下不会对泵的任何部件造成损害。可选地，阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210流速分别为100ml/min和20ml/min。
45.接着，说明电极模块400。电极模块400包括依次设置的阴极、离子交换膜440、以及阳极，其中，阴极蠕动泵220用于对阴极模块的阴极侧提供电解液且阳极蠕动泵210用于对电极模块400的阳极侧提供电解液。
46.可选地，离子交换膜440为阳离子交换膜，厚度为50～300um。
47.通过阴极容纳阴极蠕动泵220提供过来的电解液，通过阳极容纳阳极蠕动泵210提供过来的电解液，阴极和阳极对电解液进行电化学反应，阴极利用空气扩散进入到阴极内部的氧气，发生电子的还原反应，从而在阴极产生双氧水。
48.其中，电化学反应化学式为：2h2o+2e-+o2→
h2o2+2oh-49.接着，说明散热风扇500。散热风扇500设置于电极模块400的阴极的外侧，且面对阴极。
50.通过散热风扇500能够将空气吹至阴极，从而使得电极模块400能够利用足够的空气中的氧气进行电化学反应，散热风扇同时也能够帮助电极散热。
51.最后，说明直流电源300。直流电源300的负极连接阴极，直流电源300的正极连接阳极，以对电极模块400供电。
52.可选地，直流电源300的电流大小与阴极面积的比值范围为0～50ma/cm2，电压范围为0-12v。
53.以上的用于制备家用双氧水的电化学反应器，通过阴极蠕动泵220抽取储液罐100的电解液至阴极室，通过阳极蠕动泵210抽取储液罐100的电解液至阳极室，直流电源300对阴极和阳极供电，通过散热风扇提供足够的氧气，电解液进行电化学反应，产生的离子通过离子交换膜440进行交换。由此，能够简便地制备出家用双氧水。
54.考虑到家用的应用场景，其原料的安全性和易得性尤为重要。电解液可以用纯净水和碳酸钠(食用碱)混合而成。在通电的情况下，溶解了一定浓度碳酸钠的电解液，经过电解反应器，10分钟后，即可产生不同浓度(3％以下)的双氧水溶液。双氧水溶液可应用在家用的诸多方面，如家居表面的消毒、外卖快递的消毒、水果蔬菜的清洗和消毒、碗筷的清洗和消毒、茶杯茶渍的去除、洗衣机滚筒的清洁和消毒、衣物的清洗和漂白、马桶的清洁和消毒、鞋柜和下水道臭味的去除等等。
55.根据本实用新型一些实施例，电极模块400包括阴极端板410、阴极电极420、阴极液室430、离子交换膜440、阳极电极450、阳极液室460。阴极端板410的中部形成有贯穿的第一开口。阴极电极420设置在阴极端板410的右侧，阴极通过阴极电极420连接直流电源300的负极。阴极液室430设置在阴极电极420的右侧，阴极通过阴极液室430容纳阴极蠕动泵220提供的电解液，阴极液室430在其中部形成有贯穿的第二开口。离子交换膜440设置在阴极液室430的右侧且覆盖第二开口。阳极电极450设置在离子交换膜440的右侧，且其表面形成有漏液孔，阳极通过阳极电极450连接直流电源300的正极。阳极液室460设置在阳极电极450的右侧，阳极通过阳极液室460容纳阳极蠕动泵210提供的电解液，阳极液室460在其中部形成有贯穿的与第二开口对应的第三开口。
56.通过阴极电极420和离子交换膜440对阴极液室430的第二开口的两侧进行阻隔，从而在阴极液室430的开口处形成腔室，从而使得阴极液室430能够容纳电解液。通过离子交换膜440、阳极电极450和阳极端板470对阳极液室460的第三开口的两侧进行阻隔，从而在阳极液室460的开口处形成腔室，从而使得阳极液室460能够容纳电解液，阴极电极420使得阴极液室430的电解液产生阴离子，阴离子通过阴极液室430的第二开口到达离子交换膜440，阳极电极450使得阳极液室460产生阳离子，阳离子通过阳极液室460的第三开口和漏液孔到达离子交换膜440，阳离子交换膜440使得阳离子能够通过，从而在阴极液室430产生
双氧水。其中，阳极液室460和阴极液室430的体积可以为70ml和50ml。
57.阳极端板470和阴极端板410能够提供稳定的支撑，使得电极模块400的结构稳固。阴极端板410形成第一开口，可以外界空气接触阴极电极420，使得外界空气中的氧气能够参与电化学反应。
58.可选地，阴极电极420包括金属网和形成于金属网表面的催化层。其中，金属网可以是钛网、镍网及不锈钢网等。
59.催化层包含高电子导电纳米颗粒及疏水性的聚合物。高电子导电纳米颗粒选自炭黑，石墨，石墨烯，cnt，金属氧化物中的一种或多种。疏水性聚合物选自聚四氟乙烯，(四氟乙烯-六氟丙烯)共聚物，聚偏二氟乙烯中的一种或多种。
60.可选地，阳极电极450为钛基氧化物涂层(dsa)电极。
61.可选地，根据双氧水的产率和耗能确定电极数量的最优搭配为1个阳极电极450配合1～2个阴极电极420使用。
62.进一步地，电极模块400还包括密封垫圈。密封垫圈设置在阴极端板410和阴极电极420之间、阴极电极420和阴极液室430之间、阴极液室430与离子交换膜440之间、离子交换膜440与阳极电极450之间、阳极电极450与阳极液室460之间、及阳极液室460和阳极端板470之间。
63.密封垫圈可以保证阴极端板410和阴极电极420之间、阴极电极420和阴极液室430之间、阴极液室430与离子交换膜440之间、离子交换膜440与阳极电极450之间、阳极电极450与阳极液室460之间、及阳极液室460和阳极端板470之间紧密贴合，密封垫圈的材质可以是硅胶、氟胶、橡胶、聚四氟乙烯材料中的一种或多种。例如密封垫圈的材质为氟胶，密封垫圈厚度为0.5～3mm。
64.下面通过具体示例说明本实用新型实施例的电化学反应器。
65.如图1所示，一种原位制备家用双氧水的电化学反应器，包括储液罐100、阴极蠕动泵220、阳极蠕动泵210、直流电源300、电极模块400、散热风扇500、产品罐600。
66.电极模块400拆分结构如图2所示，包括依次布置在离子交换膜440一侧的阴极液室430、阴极电极420、阴极端板410，依次布置在离子交换膜440另一侧的阳极电极450、阳极液室460、阳极端板470。密封垫圈分别设置于电极和液室两侧并紧密连接。
67.阴极电极420包括阴极催化层和钛网。阴极催化层包含高电子导电纳米颗粒及疏水性的聚合物。高电子导电纳米颗粒选自炭黑，疏水性聚合物选自聚四氟乙烯，将电极催化层和气体扩散层通过辊压的方式进行粘接。阳极电极450为dsa电极。离子交换膜440在电极模块400中起离子交换和隔离阴阳极的作用，是一种均向的阳离子交换膜440，厚度为150μm。为提高电解液中的离子电导率，阳极液室460和阴极液室430中的电解液选自碳酸钠溶液，浓度为0.15mol/l。阳极端板470和阴极端板410在电极模块400中主要起固定密封的作用，材质为不锈钢板，厚度为2.8mm。密封垫圈材质为氟胶，厚度为1mm，在液室和电极之间起密封作用。
68.直流电源300分别被连接到电极模块400的阴极电极420和阳极电极450，为了最大限度提高电极模块400寿命和能量转换效率，直流电源300中电流密度范围被选定为0～50ma/cm2，电压范围为0-12v。散热风扇500为电极模块400中的阴极提供反应气体同时帮助电极散热。阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210与储液罐100相连接，分别为阴极液室430和阳
极液室460提供源源不断的电解液供反应消耗，其中阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210流速分别为100ml/min和20ml/min。产品罐600用于手收集反应所产生的双氧水，浓度随电流变化而变化，在10min内，通过控制直流电源300中电流大小，能够定量产生不同浓度的双氧水溶液，浓度范围为2000-10000mg/l，满足不同家居应用需求。
69.本实用新型所提供的电合成反应器具有以下优势：
70.1、该系统现制现用，无存储风险。原料安全、易得，产物分解后为水和氧气，无二次污染。相比于市面上购买的各类未知成分或毒性的，使用者完全可以放心使用。
71.2、由于该系统产生的双氧水溶液中含有一定浓度的碳酸钠，相比单独的双氧水溶液，消杀效果大大增强。
72.3、本系统生产100ml 1％的双氧水溶液，所消耗的成本是0.22元，与市面上相同规格的双氧水产品相比，价格约为1/10。由于本系统生产的双氧水溶液含有一定浓度的碳酸钠，其主要成分与市面销售的过氧碳酸钠产品相似，但其价格仅约1/15。
73.4、该系统可启停6000次以上，可完全满足家用需求。
74.下面，说明本实用新型实施例的家用双氧水制备机。
75.如图3所示，本实用新型实施例的家用双氧水制备机包括电化学反应器、第一壳体710和第二壳体720。
76.电化学反应器为上述的电化学反应器。第一壳体710形成为长方体，且内部容纳阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210，其中，储液罐100可插拔地贴设在第一壳体710的一侧。第二壳体720设置在第一壳体710的端部且与第一壳体710连通，第二壳体720形成为柱体，其内部容纳直流电源300和电极模块400，第二壳体720的底部形成有连通阴极的出液口721。
77.当需要制备双氧水时，打开直流电源300，就可以制备出满足需求的双氧水，并通过出液口721流出至产品灌。可插拔的储液罐100，能够方便对储液罐100补充电解液。通过第一壳体710和第二壳体720容纳电化学反应器，能够方便移动。
78.进一步地，储液罐100的底端设有出料口，出料口设置有常闭的封堵件，第一壳体710上设置有凸起，以顶起封堵件使储液罐100与阴极蠕动泵220和阳极蠕动泵210相连通。
79.通过储液罐100的出料口和第一壳体710的凸起相配合，能够方便插拔，且能够避免储液罐100插入第一壳体710出现漏液的情况。
80.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。