具体实施方式

本实施例为本发明优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本发明保护范围之内。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的制备过氧化氢的流动式电化学装置实施例一参照图1和2所示，设有两个反应器1和一个外接电源2，为了方便将生产出的过氧化氢溶液输送使用目的地，第二个反应器1之后还连接有外置水泵4。反应器1包括电解液腔体11、阴极电极12和阳极电极13，本实施例中，电解液腔体11为长方体，内部是中空的电解液腔，电解液腔体11的顶面和底面上分别设有进液口111和出液口112，进液口111设置在底面的左侧，出液口112设置在顶面的右侧。阴极电极12和阳极电极13设置在电解液腔体11内部，外接电源2通过穿过电解液腔体11的电线与阴极电极12和阳极电极13电连接，电解液腔体11上设有供电线穿过的电线孔和密封电线孔的密封边。为了将避免短路，阴极电极12和阳极电极13之间设有分隔电极、增强电解液涡流效应的隔板14，隔板14为绝缘隔板，采用绝缘材料制成。此外，具体生产实施中，还可以利用外置水泵4将从出液口112中流出的过氧化氢溶液再次输送到进液口111中，让过氧化氢溶液循环反应，以提高反应率，提高过氧化氢溶液的浓度。外接电源2可以选用锂电池、铅酸电池、镍氢电池、干电池等电源，也可以通过相应的电路将市电交流电转化为直流后使用，外接电源2的电压根据电极的面积和电解液电导率等参数进行优化选择，本实施例中外接电源为利用电路转化为直流电的市电交流电。

本实施中，阴极电极12和阳极电极13沿着电解液腔体11的长度方向设置，阴极电极12和阳极电极13呈与电解液腔体11内壁形状吻合的板状，阴极电极12和阳极电极13相对地固定在隔板14两侧的电解液腔体11内壁上。在具体生产实施中，电极的形状可以根据电解液腔体11内壁形状设置成弧板状。

为了增加电解液在电解液腔体11内的涡流效应，提高反应效率，增加产品浓度，本实施例的隔板14包括固定部141和导流部142，固定部141设有两块，固定部141设置在电解液腔体11的两侧并将阴极电极12或阳极电极13固定在电解液腔体11的内壁上，电解液腔体11的内壁上设有配合固定阴极电极12或阳极电极13的插槽。为了使得电解液能够与电极接触，本实施例中固定部为141为格栅板，在实际生产实施中，固定部141还可以直接做成大小与电解液腔体11内壁形状吻合的框体或者采用三维多孔聚合纤维制作的支撑板。固定部141上分别设有导流部142，本实施例中导流部142呈板状，两块固定部141上的导流部142相向设置且相互交错已形成用于弯折流通的电解液的弯折流道。导流部142的数量在确保电解液能够自由流动的情况下，根据电解液腔体11的长度增减，本实施例中导流部142设有十块。当电解也以较高的流速通过进液口111进入到电解液腔体11中时，在导流部142的作用下，产生较大强度的湍流，促进阴极反应的进行。

考虑的使用方便，本实施例的制备过氧化氢的流动式电化学装置的电解液可以是经过处理的自来水、矿泉水等常见的水体，也可以是雨水、河水、海水等天然水体，还可以是未经处理的生活废水、工业废水等。为了在使用是避免电解液中可能含有的杂质堵塞反应器1，本实施的反应器1的进液口111处设有过滤器3，过滤器3为多孔陶瓷过滤器，以便充分取出电解液中的固体物质。在具体使用中还可以根据过滤需要选用聚合纤维过滤器、活性炭过滤器等不同种类和过滤效果的过滤器。

由于本发明的制备过氧化氢的流动式电化学装置是通过二电子氧还原反应来产生过氧化氢的，总反应为：

H₂+0.5O₂→H₂O₂

在阴极上具体发生的反应如下：

O₂+2(H⁺+e^-)→H₂O₂

因此，阴极电极材料应当选用具有三维结构的材料，以利于阴极催化剂的附着，同时提高阴极的相对表面积，提高产生过氧化氢的效率。本实施例中阴极电极12的材料选用了多孔石墨板，在具体生产实施中还可以采用泡沫镍、烧结钛、活性炭毡或碳纸中的一种。为了抑制阴极端产生的四电子氧还原反应，提高过氧化氢的产量，阴极电极12上涂覆有阴极催化剂，本实施例的阴极催化剂为高比表面积氧化石墨，在具体生产实施中阴极催化剂可以根据阴极材料和电解液的成分在Pt/C、PtHg₄、O-CNTs、氧化石墨、高表面积活化碳粉、M-N-C(M＝Co，Fe，Mn)、功能化碳粉中选择。

同时在电化学反应装置的阳极一侧则发生了水的电解反应，具体如下：

H₂O→0.5O₂+2(H⁺+e^-)

因此阳极电极13材料应当选用性质稳定不易被氧化的及金属材料，如铂、钯、钌、铑、铱、锇、金中的一种或多种与铁、钴或镍中的一种或多种的合金，或者具有宽的电化学势窗、较好的物理化学稳定性以及低吸附特性的非金属材料，如掺硼金刚石薄膜、玻璃碳。本实施例中，阳极电极13为玻璃碳电极。同时为了促进水氧化反应的进行，阳极电极13表面涂覆或沉积有水氧化(OER)催化剂，水氧化(OER)催化剂可以选用NiCoOx、CoFeOx、IrOx/SrIrO3、IrO2、RuO2、FeCoW、NiOx、NiFeOx或固态Pt中的一种，本实施例中，阳极电极13上涂覆的水氧化(OER)催化剂为固态Pt。

本发明的制备过氧化氢的流动式电化学装置实施例二参照图4所示，设有一个反应器1和外接电源2，反应器1包括电解液腔体11、阴极电极12和阳极电极13。本实施例中电解液腔体11呈中空的圆柱形，内部是发生电化学反应的电解液腔，进液口111和出液口112分别设置在圆柱形电解液腔体11的两个底面上并且相互错开。阴极电极12和阳极电极13沿着电解液腔体11的长度方向设置在电解液腔体11内部，阴极电极12呈与电解液腔11内壁形状吻合的圆筒状，并固定安装在电解液腔体11的内壁上，电解液腔体11的内壁上设有能够固定阴极电极12的固定结构；阳极电极13呈条状，设置在阴极电极12的轴心处，电解液腔体11的两个底面上设有相对设置的固定插槽固定阳极电极12。外接电源2通过穿过电解液腔体11的电线与阴极电极12和阳极电极13电连接，电解液腔体11上设有供电线穿过的电线孔和密封电线孔的密封边。隔板14为圆柱形的三维多孔聚合纤维板，隔板14的大小与阴极电极12吻合，隔板14插装在阴极电极12中，阳极电极13插装在隔板14中。由于三维多孔聚合纤维材料具有良好的可压缩性和一定刚度，可以通过调节材料的压缩量灵活的调节隔板14对阴极电极12的支撑力度，防止阴极电极12和阳极电极13接触造成短路。此外，三维多孔聚合纤维材料的多孔结构可以在电解液通过时，使得电解液产生数量极大的微小湍流，增强阴极和阳极上的离子交换速率，提升过氧化氢的产生速率，提高反应率。

本实施例中，本实施例中阴极电极12的材料选用了泡沫镍，阴极电极12上涂覆的阴极催化剂为Pt/C。阳极电极13的材料选用了铱铁合金阳极电极13表面沉积的水氧化(OER)催化剂为IrO₂。

通过以下实验证明本发明的有益效果。

一、实验设计

采用如表一所示的试验条件进行试验：

二、试验结果分析

试验结果参照图3所示，试验组1在采用了拆除了隔板后的实施例一的流动式电化学装置，在直流电压12V、仅使用自来水作为电解液的条件下，流动式电化学装置产生的过氧化氢溶液浓度最终在30mg/L，明显高于非流动式的反应装置，说明流动式的反应装置能够提高电解反应的反应率；试验组2采用了完整的实施例一的流动式电化学装置，在直流电压12V、仅使用自来水作为电解液的条件下，过氧化氢产生的速率和平衡浓度有了更加显著的提升，说明通过设置隔板增加电解液的涡流效应能够改变反应平衡，提升反应率；试验组3采用了完整的实施例一的流动式电化学装置，在直流电压12V、使用0.1mol/L硫酸钠溶液作为电解液的条件下，产生过氧化氢的浓度可以有约10倍的提升，达到约1000mg/L(0.1％质量分数)的浓度，大大扩展了该发明的可应用场景。而作为对比实验的非流动式不锈钢电极电解槽仅能产生浓度为2mg/L左右的过氧化氢溶液。上述实验结果证明了本发明可以提供一种有效快速产生所需浓度的过氧化氢溶液的流动式电化学装置。

本发明的制备过氧化氢的流动式电化学装置是一种设计简单、小型化、分散式、流动式、实时在线、更节能和安全的过氧化氢生发装置，使用日常生活中常见的自来水或者自然水体作为电解液就可以发生氧化还原电化学反应合成过氧化氢，并在需要时可以通过添加日常可见的电解质溶质提升所产生过氧化氢浓度；此外，还解决过氧化氢运输和储存的安全性和经济性问题，可以方便地安装在各类家用电器中，实现过氧化氢在日常生活和生产活动中的即时生产和使用，从而极大地拓展了过氧化氢这一优良的消毒剂在家庭和公共空间中的消毒杀菌和污染物净化用途上的使用范围。