一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置

1.本实用新型属于过氧化氢制备技术领域，具体涉及一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置。

背景技术：

2.过氧化氢在全ph范围内具有高氧化电位，其分解产物仅为h2o和o2，是公认的环境友好型氧化剂。当前，过氧化氢在各行业均有广泛应用，包括化学品的合成、制浆漂白、杀菌消毒、污水处理、半导体清洁、废气处理等。在污染物控制方面，尤其是水处理及环境修复领域对过氧化氢的需求量逐年递增。当前，过氧化氢主要是通过蒽醌法生产，占全球过氧化氢年产量的95%以上，应用最为广泛。然而，该过程并非绿过程，其主要问题是多步反应过程需要多个设备、能耗巨大。此外，这种高浓度过氧化氢的集中生产方法在运输、储存和使用过程中还存在不利的安全和附加成本等问题，大大限制了过氧化氢的实际应用。
3.氧阴极还原法也是制备过氧化氢的一种途径，具有绿、高效、操作安全与可实现更高的电流密度等特点，其主要优势体现为便捷、经济，可在污水处理单元中快速原位制备过氧化氢，可有效避免过氧化氢在运输、储存和使用过程中的的安全和附加成本等问题，具有很强的经济适用性。但是现有的氧阴极还原法常耦合于实际的应用系统中，通过在原水中原位制备过氧化氢直接用于氧化。但是这会导致氧阴极还原法在实际使用中由于装置固定、安装复杂从而缺少使用灵活性。更重要的是，该方法目前还无法快速、高效地直接得到高纯度的过氧化氢溶液，也限制了其进一步的发展。

技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，集自来水净化、氧阴极还原法制备过氧化氢以及过氧化氢提纯三个过程于一体，能够快速、高效地原位生产各种浓度的纯过氧化氢溶液，同时，装置使用灵活，能够做到随产随用，满足多种应用需求。
5.本实用新型提供了如下的技术方案：
6.一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，包括机壳以及设于机壳内且依次相连的自来水净化机构、过氧化氢制备机构和过氧化氢提纯机构；
7.所述自来水净化机构包括依次相连设置的第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱和第一阴阳离子混合树脂柱；
8.所述过氧化氢制备机构包括电解液形成筒和氧还原反应器，所述电解液形成筒与第一阴阳离子混合树脂柱相连，所述电解液形成筒输出电解液并通入氧还原反应器中；
9.所述过氧化氢提纯机构包括依次相连设置的第二阳离子交换树脂柱、第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱。
10.进一步的，所述机壳上设有入水口和排污口，所述入水口通过第一增压泵与自来水净化机构相连，所述第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱、第一阴阳离子混合
树脂柱、第二阳离子交换树脂柱、第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱均设有废水口，各所述废水口与排污口相连。
11.进一步的，所述自来水净化机构还包括pp棉滤芯和活性炭滤芯，所述第一增压泵的出水端与pp棉滤芯的顶部相连，所述pp棉滤芯的底部与活性炭滤芯的底部相连，所述活性炭滤芯、第一阳离子交换树脂柱及第一阴离子交换树脂柱的顶部分别与第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱及第一阴阳离子混合树脂柱的底部相连，所述第一阴阳离子混合树脂柱的顶部与电解液形成筒相连。
12.进一步的，所述过氧化氢制备机构还包括储液罐，所述机壳上设有硫酸钠投加口，所述硫酸钠投加口与电解液形成筒相连通，所述电解液形成筒的出口端与储液罐相连。
13.进一步的，所述氧还原反应器包括依次贴合设计的钽铱钛电极、导流垫片和空气扩散阴极，所述钽铱钛电极和空气扩散阴极之间连接有脉冲电源；所述导流垫片贯通设有s型的电解液通道，所述电解液通道的下口连接有反应器入水口，所述反应器入水口通过循环泵与储液罐相连，所述电解液通道的上口连接有反应器出水口，所述反应器出水口与储液罐相连。
14.进一步的，所述空气扩散阴极连接有空气室，所述机壳上设有空气入口，所述空气入口通过气泵与空气室相连。
15.进一步的，所述空气扩散阴极包括依次层叠设计的反应催化层、不锈钢网支撑层和气体扩散层。
16.进一步的，所述储液罐通过第二增压泵与第二阳离子交换树脂柱的底部相连，所述第二阳离子交换树脂柱和第二阴离子交换树脂柱的顶部分别与第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱的底部相连，所述第二阴阳离子混合树脂柱的顶部连接有过氧化氢储存罐，所述过氧化氢储存罐设有过氧化氢取用口，优选的，过氧化氢储存罐为pe储罐。
17.进一步的，所述机壳外表面设有若干开关和调节钮。
18.进一步的，所述机壳外表面设有反应器观察窗和树脂柱观察窗，所述机壳底部设有万向轮。
19.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
20.（1）本实用新型包括自来水净化机构、过氧化氢制备机构和过氧化氢提纯机构，自来水依次流经相连设置的第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱和第一阴阳离子混合树脂柱后得到净化后的自来水，净化后的自来水经过电解液形成筒后制成电解液，然后输入至氧还原反应器中制备获得过氧化氢，过氧化氢依次流经第二阳离子交换树脂柱、第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱后得到纯化后的过氧化氢；
21.（2）本实用新型的自来水净化机构、过氧化氢制备机构和过氧化氢提纯机构均设于机壳内，集三个机构于一体，能够快速、高效地原位生产各种浓度的纯过氧化氢溶液，同时，装置使用灵活，能够做到随产随用，满足多种应用需求，解决现阶段过氧化氢制备工艺复杂、耗能高以及在运输、贮存和使用过程中存在风险的问题。
附图说明
22.图1是本实用新型的结构示意图；
23.图2是氧还原反应器的分解结构示意图；
24.图3是导流垫片的结构示意图；
25.图4是空气扩散阴极的结构示意图；
26.图5是本实用新型的外观结构示意图；
27.图中标记为：1、入水口；2、第一增压泵；3、pp棉滤芯；4、活性炭滤芯；5、第一阳离子交换树脂柱；6、第一阴离子交换树脂柱；7、第一阴阳离子混合树脂柱；8、硫酸钠投加口；9、空气入口；10、循环泵；11、气泵；12、脉冲电源；13、储液罐；14、第二增压泵；15、第二阳离子交换树脂柱；16、第二阴离子交换树脂柱；17、第二阴阳离子混合树脂柱；18、排污口；19、过氧化氢储存罐；20、过氧化氢取用口；21、万向轮；22、钽铱钛电极；23、导流垫片；24、空气扩散阴极；25、空气室；26、反应器入水口；27、电解液通道；28、反应器出水口；29、反应催化层；30、不锈钢网支撑层；31、气体扩散层；32、脉冲电源开关；33、电源参数调节及数显界面；34、反应器观察窗；35、树脂柱观察窗；36、第一增压泵开关及流量调节钮；37、气泵开关及流量调节钮；38、循环泵开关及流量调节钮；39、第二增压泵开关及流量调节钮；40、氧还原反应器；41、电解液形成筒；42、机壳。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
29.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图中所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
30.如图1所示，本实施例提供一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，包括机壳42以及设于机壳42内且依次相连的自来水净化机构、过氧化氢制备机构和过氧化氢提纯机构。
31.如图1所示，自来水净化机构包括依次相连设置的pp棉滤芯3、活性炭滤芯4、第一阳离子交换树脂柱5、第一阴离子交换树脂柱6和第一阴阳离子混合树脂柱7。机壳42上设有入水口1，入水口1通过第一增压泵2与自来水净化机构相连，具体的，第一增压泵2的出水端与pp棉滤芯3的顶部相连，pp棉滤芯3的底部与活性炭滤芯4的底部相连，活性炭滤芯4、第一阳离子交换树脂柱5及第一阴离子交换树脂柱6的顶部分别与第一阳离子交换树脂柱5、第一阴离子交换树脂柱6及第一阴阳离子混合树脂柱7的底部相连。
32.如图1所示，过氧化氢制备机构包括电解液形成筒41和氧还原反应器40，第一阴阳离子混合树脂柱7的顶部与电解液形成筒41相连，机壳42上设有硫酸钠投加口8，用于投加硫酸钠，硫酸钠投加口8与电解液形成筒41相连通，当自来水流经电解液形成筒41后即制成电解液。过氧化氢制备机构还包括储液罐13，电解液形成筒41的出口端与储液罐13相连，电解液形成筒41输出电解液通过储液罐13后通入氧还原反应器40中。
33.如图2-4所示，氧还原反应器40包括依次贴合设计的钽铱钛电极22、导流垫片23和空气扩散阴极24，钽铱钛电极22和空气扩散阴极24之间连接有脉冲电源12。空气扩散阴极24连接有空气室25，机壳42上设有空气入口9，空气入口9通过气泵11与空气室25相连。空气
扩散阴极24包括依次层叠设计的反应催化层29、不锈钢网支撑层30和气体扩散层31。导流垫片23贯通设有s型的电解液通道27，电解液通道27的下口连接有反应器入水口26，反应器入水口26通过循环泵10与储液罐13相连，电解液通道27的上口连接有反应器出水口28，反应器出水口28与储液罐13相连。
34.如图1所示，过氧化氢提纯机构包括依次相连设置的第二阳离子交换树脂柱15、第二阴离子交换树脂柱16和第二阴阳离子混合树脂柱17。储液罐13通过第二增压泵14与第二阳离子交换树脂柱15的底部相连，第二阳离子交换树脂柱15和第二阴离子交换树脂柱16的顶部分别与第二阴离子交换树脂柱16和第二阴阳离子混合树脂柱17的底部相连，第二阴阳离子混合树脂柱17的顶部连接有过氧化氢储存罐19，过氧化氢储存罐19设有过氧化氢取用口20，优选的，过氧化氢储存罐19为pe储罐。
35.如图1所示，机壳42上设有排污口18，第一阳离子交换树脂柱5、第一阴离子交换树脂柱6、第一阴阳离子混合树脂柱7、第二阳离子交换树脂柱15、第二阴离子交换树脂柱16和第二阴阳离子混合树脂柱17均设有废水口，各废水口与排污口18相连。
36.如图5所示，机壳42外表面设有若干开关和调节钮。具体的，机壳42外表面设有：脉冲电源开关32，用于开关脉冲电流；电源参数调节及数显界面33，用于对脉冲电流进行调节；第一增压泵开关及流量调节钮36，用于开关第一增压泵和调节其流量；气泵开关及流量调节钮37，用于开关第一增压泵和调节其流量；循环泵开关及流量调节钮38，用于开关循环泵和调节其流量；第二增压泵开关及流量调节钮39，用于开关第二增压泵和调节其流量。机壳42外表面设有反应器观察窗34和树脂柱观察窗35，用于检查是否需要更换反应电极和树脂柱。机壳42底部设有万向轮21，便于装置移动。
37.如图1所示，本实用新型提供的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置的工作方法包括以下步骤：
38.（1）在入水口1接入自来水，第一增压泵2启动推动自来水前进，先自上而下经过pp棉滤芯3，然后自下而上依次经过活性炭滤芯4、第一阳离子交换树脂柱5、第一阴离子交换树脂柱6、第一阴阳离子混合树脂柱7后净化为纯水。
39.（2）纯水经过电解液形成筒41时，向硫酸钠投加口8投入硫酸钠颗粒作为电解质，调至合适的电导率后，形成电解液，电解液在第一增压泵2的推动下进入到储液罐13内。
40.（3）循环泵10启动，将储液罐13中的电解液输送至氧还原反应器40的反应器入水口26，电解液在s型的电解液通道27中自下而上流动；同时，气泵11启动，向空气扩散阴极24泵入空气；脉冲电源开关32启动，向氧还原反应器40提供脉冲电流，氧还原反应开始，制成过氧化氢；反应后的电解液与过氧化氢从反应器出水口28流至储液罐13，循环往复进行反应，同时冷却电解液，并排出氧还原反应器40中阳极产生的气泡。
41.（4）待过氧化氢浓度累积到目标值时，第二增压泵14启动，推动过氧化氢粗产品自下而上依次经过第二阳离子交换树脂柱15、第二阴离子交换树脂柱16和第二阴阳离子混合树脂柱17后净化为高纯过氧化氢，随后推送至过氧化氢储存罐19中贮存，取用时通过过氧化氢储取用口20取用，自来水净化和过氧化氢提纯中产生的废水通过排污口18排出。
42.本实用新型采用脉冲电源，间歇性的供电能强化电极内过氧化氢分子向体相的扩散，减弱其通过电还原路径而被无效消耗的份额，从而增加过氧化氢的体相浓度，提供有效抑制过氧化氢在电极极上被消耗。
43.本实用新型采用的自来水水质需满足自来水厂《生活饮用水卫生标准》，水利停留时间为5~60 min，装置调节电源电压为0.5~15 v，过氧化氢溶液产生量为50~500ml/h，产生浓度为0.1%~6%。
44.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

技术特征：

1.一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，包括机壳以及设于机壳内且依次相连的自来水净化机构、过氧化氢制备机构和过氧化氢提纯机构；所述自来水净化机构包括依次相连设置的第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱和第一阴阳离子混合树脂柱；所述过氧化氢制备机构包括电解液形成筒和氧还原反应器，所述电解液形成筒与第一阴阳离子混合树脂柱相连，所述电解液形成筒输出电解液并通入氧还原反应器中；所述过氧化氢提纯机构包括依次相连设置的第二阳离子交换树脂柱、第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱。2.根据权利要求1所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述机壳上设有入水口和排污口，所述入水口通过第一增压泵与自来水净化机构相连，所述第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱、第一阴阳离子混合树脂柱、第二阳离子交换树脂柱、第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱均设有废水口，各所述废水口与排污口相连。3.根据权利要求2所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述自来水净化机构还包括pp棉滤芯和活性炭滤芯，所述第一增压泵的出水端与pp棉滤芯的顶部相连，所述pp棉滤芯的底部与活性炭滤芯的底部相连，所述活性炭滤芯、第一阳离子交换树脂柱及第一阴离子交换树脂柱的顶部分别与第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱及第一阴阳离子混合树脂柱的底部相连，所述第一阴阳离子混合树脂柱的顶部与电解液形成筒相连。4.根据权利要求1所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述过氧化氢制备机构还包括储液罐，所述机壳上设有硫酸钠投加口，所述硫酸钠投加口与电解液形成筒相连通，所述电解液形成筒的出口端与储液罐相连。5.根据权利要求4所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述氧还原反应器包括依次贴合设计的钽铱钛电极、导流垫片和空气扩散阴极，所述钽铱钛电极和空气扩散阴极之间连接有脉冲电源；所述导流垫片贯通设有s型的电解液通道，所述电解液通道的下口连接有反应器入水口，所述反应器入水口通过循环泵与储液罐相连，所述电解液通道的上口连接有反应器出水口，所述反应器出水口与储液罐相连。6.根据权利要求5所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述空气扩散阴极连接有空气室，所述机壳上设有空气入口，所述空气入口通过气泵与空气室相连。7.根据权利要求5所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述空气扩散阴极包括依次层叠设计的反应催化层、不锈钢网支撑层和气体扩散层。8.根据权利要求4所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述储液罐通过第二增压泵与第二阳离子交换树脂柱的底部相连，所述第二阳离子交换树脂柱和第二阴离子交换树脂柱的顶部分别与第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱的底部相连，所述第二阴阳离子混合树脂柱的顶部连接有过氧化氢储存罐，所述过氧化氢储存罐设有过氧化氢取用口。9.根据权利要求1所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述
机壳外表面设有若干开关和调节钮。10.根据权利要求1所述的用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，其特征在于，所述机壳外表面设有反应器观察窗和树脂柱观察窗，所述机壳底部设有万向轮。

技术总结

本实用新型公开了一种用于过氧化氢原位生产的一体式便携装置，包括机壳以及依次相连的自来水净化机构、过氧化氢制备机构和过氧化氢提纯机构；自来水净化机构包括依次相连设置的第一阳离子交换树脂柱、第一阴离子交换树脂柱和第一阴阳离子混合树脂柱；过氧化氢制备机构包括电解液形成筒和氧还原反应器，电解液形成筒与第一阴阳离子混合树脂柱相连，电解液形成筒输出电解液并通入氧还原反应器中；过氧化氢提纯机构包括依次相连设置的第二阳离子交换树脂柱、第二阴离子交换树脂柱和第二阴阳离子混合树脂柱。本实用新型集自来水净化、氧阴极还原法制备过氧化氢以及过氧化氢提纯三个过程于一体，能够快速、高效地原位生产各种浓度的纯过氧化氢溶液。度的纯过氧化氢溶液。度的纯过氧化氢溶液。