CN116116072A - 一种批量催化剂洗涤用设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种批量催化剂洗涤用设备，包括过滤腔室，以及设置在过滤腔室顶部的密封盖，过滤腔室内通过管道与溶剂储存罐连通，过滤腔室内设有对催化剂溶液作用的过滤装置、以及防止过滤装置堵塞的充气机构，充气机构的进气位置置于过滤装置下方，过滤腔室外部设有对催化剂溶液中废料收集的抽滤瓶，抽滤瓶内与抽滤真空泵密封连接。本发明主要通过在抽滤的同时加入充气机构，利用气体鼓泡滤芯上方形成气流层，避免过滤时催化剂颗粒下沉至滤芯上堵塞滤芯孔径；同时设计升降式过滤筒，供催化剂溶液在内过滤形成滤饼后，由升降式过滤筒上升以便滤饼的取出。本发明可以实现批量催化剂的连续化洗涤，并且避免洗涤过程中滤芯堵塞以及洗涤不彻底等现象。

Description

一种批量催化剂洗涤用设备

技术领域

本发明涉及燃料电池催化剂设备技术领域，具体而言，尤其涉及一种批量催化剂洗涤用设备。

背景技术

传统的石化能源面临着枯竭以及环境污染问题，新能源的发展变得日益迫切。质子交换膜燃料电池作为一种能量转换装置，可将燃料如氢气、甲醇等中的化学能直接转换成电能，具有能量密度高、效率高、环境友好等特点，是电动汽车的理想动力源，亦被视为未来便携式电源及固定电站等领域的潜在电源，一直是研究和开发的热点。

在燃料电池中，电催化剂扮演者电化学反应的工厂的作用，是电池中的核心材料，电催化剂的研制也是燃料电池的关键技术之一。目前，我国已经有大量研究者进行电催化剂的放大生产工艺方面的研发，但是制备的电催化剂在性能以及耐久性方面仍有点差强人意。当然，影响电催化剂性能的因素有很多，诸如原材料的选择以及制备工艺等方面，尤其在批量化制备催化剂工艺过程中后序处理环节中也有很多影响。

在传统的电催化剂洗涤过程中，往往采用离心、抽滤等方法，这些方法是从实验室演变而来，在批量化处理过程中存在很多的限制，如洗涤效率低，离心洗涤的方式往往需要经过多次离心和清洗，而且仍不能完全清洗干净；抽滤洗涤能够连续化清洗，但是只是适合实验室少批量的样品洗涤，这是由于如果洗涤量太多，形成的滤饼会阻碍下层催化剂的洗涤效果；此外，以上两种洗涤方式往往处于静态过程，很容易造成过滤装置的滤芯微孔的堵塞以及洗涤不彻底，一方面严重影响了催化剂的洗涤效率，另一方面残留的杂质离子严重影响催化剂的电化学性能和使用寿命。

因此，在批量化制备催化剂的洗涤阶段，催化剂的清洗是非常关键的环节。有必要提供一种洗涤用设备，用以解决上述问题。

发明内容

根据上述提出现有电催化剂洗涤过程中对于批量处理中的诸多限制，影响洗涤效果的技术问题，而提供一种批量催化剂洗涤用设备。本发明主要通过在抽滤的同时加入充气机构，利用气体鼓泡滤芯上方形成气流层，避免过滤时催化剂颗粒下沉至滤芯上堵塞滤芯孔径；同时外置溶剂储存罐，可以在外围不停的补充去离子水实现连续洗涤；另外，设计升降式过滤筒，供催化剂溶液在内过滤形成滤饼后，由升降式过滤筒上升以便滤饼的取出。本发明可以实现批量催化剂的连续化洗涤，并且避免洗涤过程中滤芯堵塞以及洗涤不彻底等现象。

本发明采用的技术手段如下：

一种批量催化剂洗涤用设备，包括过滤腔室，以及设置在过滤腔室顶部的密封盖，所述过滤腔室内通过管道与溶剂储存罐连通，所述过滤腔室内设有对催化剂溶液作用的过滤装置、以及防止过滤装置堵塞的充气机构，所述充气机构的进气位置置于所述过滤装置下方，所述过滤腔室外部设有对催化剂溶液中废料收集的抽滤瓶，所述抽滤瓶内与抽滤真空泵密封连接。

进一步地，所述过滤装置包括密封设置在所述过滤腔室靠近底部位置处的滤芯，所述滤芯上设有多个真空抽滤柱体，所述真空抽滤柱体远离滤芯的一端密封贯穿抽滤瓶，所述真空抽滤柱体内设有多个贯穿滤芯并与抽滤瓶内相通的第一抽滤微孔。

进一步地，所述充气机构包括空气压缩机，所述空气压缩机的进气管贯穿所述过滤腔室的外壳通至其内部并设置于滤芯的下方，所述滤芯上均匀分布有第一通气孔。

进一步地，所述溶剂储存罐通过导液管与过滤腔室内部连通，所述导液管的一端贯穿所述密封盖靠近过滤腔室内部的上端位置处，另一端贯穿密封盖靠近所述过滤腔室内部的下端位置处并位于滤芯的下方，所述导液管上设有循环工作泵。

进一步地，所述过滤腔室内设有升降式过滤筒，所述过滤腔室内位于升降式过滤筒正下方连接有由驱动机构驱动的旋转式密封垫，所述升降式过滤筒的筒底和旋转式密封垫上均设有第二抽滤微孔和第二通气孔，所述第二抽滤微孔和第二通气孔分别与第一抽滤微孔、第一通气孔孔径相同。

当催化剂溶液在设备中进行过滤工序时，所述旋转式密封垫与滤芯的上表面完全接触，且所述第二抽滤微孔和第二通气孔分别与第一抽滤微孔、第一通气孔孔径同心设置；

当催化剂溶液在设备中完成过滤工序后，所述旋转式密封垫在驱动机构和连接机构作用下实现上升并旋转，当旋转式密封垫与升降式过滤筒的筒底抵触后，所述旋转式密封垫的第二抽滤微孔、第二通气孔，与升降式过滤筒筒底上的第二抽滤微孔、第二通气孔均呈相互错开状，实现升降式过滤筒的筒底的完全封闭。

进一步地，所述旋转式密封垫由驱动机构和连接机构实现升降运动，所述驱动机构包括驱动气缸，所述连接机构包括转动设置在旋转式密封垫上的凸轮，所述过滤腔室的内壁上设有供凸轮嵌置的弧形轨道槽。

进一步地，所述升降式过滤筒、旋转式密封垫均可由过滤腔室内取出；所述旋转式密封垫由密封橡胶垫材料制成。

进一步地，所述过滤腔室的外层包裹有电加热套。

进一步地，所述第一通气孔孔径为0.5-1mm。

进一步地，所述过滤腔室和真空抽滤柱体均为透明钢化玻璃，所述滤芯为陶瓷材质，所述导液管为不锈钢软管。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明洗涤设备不同于现有实验室用简单的离心、抽滤的洗涤方式，一方面采用抽滤方式的同时保证去离子水连续性补充加入，实现连续化洗涤以便大批量催化剂的洗涤过滤，另一方面在此基础上设置充气机构，通过空气压缩机、第一通气孔等元器件，过滤腔室内通入气体，同时气体通过滤芯上均匀排布的第一通气孔上上升形成空气柱，使得倒入过滤腔室内的催化剂混合液体在空气柱的作用下处于鼓泡状态，气体在滤芯上方形成气流层，避免过滤时催化剂颗粒下沉至滤芯上堵塞滤芯孔径，影响过滤效率；另外，气体上升在混合液体上方形成正压，施压过程可以加快过滤的过程，提高过滤速度。

2、本发明洗涤设备用离子水外置有溶剂储存罐，即可以在外围不停的补充去离子水实现连续洗涤，另外在此基础上设置了循环泵和导液管，导液管上下两端均与过滤腔室内部连通，在循环泵作用下可以进行液体循环，一方面可以将通过滤芯中第一通气孔的溶液抽取再进入过滤腔室，减少催化剂的浪费，另一方面可以实现过滤腔室底部水流的流动，避免抽滤过程中的死水区，导致对催化剂的污染现象，从而本装置可以保证催化剂的清洗更充分。

3、本发明洗涤装置设有电加热装置，对于粘度较大的溶液可通过升温降低溶液粘度，加快过滤速度和洗涤效率。

4、本发明洗涤装置的抽滤滤芯采用多点式分散滤芯，洗涤过滤过程中水流分布更均匀，加快过滤效率，并且便于后期催化剂的收集。

5、本发明设备中另外设计升降式过滤筒，供催化剂溶液在内过滤形成滤饼后，由升降式过滤筒上升以便滤饼的取出；另外，本发明设计旋转式密封垫，在过滤完成后，旋转式密封垫上升同时旋转至与升降式过滤筒的筒底抵触后，旋转式密封垫上的第二抽滤微孔、第二通气孔，与筒底的第二抽滤微孔、第二通气孔相错，从而实现升降式过滤筒底部被完全封闭，此时再在驱动机构的持续作用下，升降式过滤筒整体上升，此时形成滤饼的催化剂粉末在升降式过滤筒内不会由于自重等因素由升降式过滤筒内漏出，以便过滤完成的滤饼可以自本设备中完全取出避免浪费。

另外，本设备针对将过滤完成的催化剂滤饼取出的方法，不同于其他过滤设备直接采用网纱制的滤芯，而是采用了升降式滤筒以及旋转式密封垫，两者上通孔设计与滤芯上抽滤微孔、通气孔孔径对应且相同，保证过滤过程中气流顺利通过旋转式密封垫和升降式滤筒作用于催化剂溶液中。

6、本发明升降式滤筒与旋转式密封垫独立设置，便于两者的清洁工作，且升降式滤筒可以从本设备中完全取出，便于催化剂滤饼的进一步取出以及升降式滤筒内部的清理。

综上，基于上述理由本发明可在燃料电池催化剂设备领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1中洗涤设备内的结构示意图；

图2是过滤装置的示意图；

图3是过滤装置的俯视图，即第一抽滤微孔和第一通气孔的示意图；

图4是实施例2中洗涤设备的示意图；

图5是实施例2中洗涤设备的部分内部结构示意图；

图6是实施例2中第二抽滤微孔和第二通气孔的位置示意图。

图中：1、过滤腔室；2、电加热套；3、空气压缩机；4、过滤装置；4-1、滤芯；4-2、真空抽滤柱体；4-2-1、第一抽滤微孔；4-3、第一通气孔；5、循环工作泵；6、溶剂储存罐；7、导液管；7-1、开关阀；8、抽滤真空泵；9、抽滤瓶；10、密封盖；11、充气腔室；12、催化剂溶液；13、滤液；14、升降式过滤筒；14-1、筒底；15、旋转式密封垫；16、第二抽滤微孔；17、第二通气孔；18、驱动机构；20、弧形轨道槽；21、直线导轨。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

本发明提供了一种批量催化剂洗涤用设备，如图1所示，包括钢化玻璃材质的过滤腔室1，过滤腔室1顶部设有可以人为关闭开启的密封盖10，同时在过滤腔室1外层设有电加热套2，电加热套2可以采用常规的电加热阻丝制成；在过滤腔室1内设有过滤装置4，通过过滤装置4将过滤腔室1内被分为上下两层，其中，过滤装置4的上层为催化剂溶液区，混合溶液区空间占比大约四分之三，过滤装置4下层为充气腔室11，充气腔室11容积占比约四分之一。

如图2和3所示，过滤装置4包括密封设置在过滤腔室1内的滤芯4-1，滤芯4-1底部垂直固定设有多个真空抽滤柱体4-2，真空抽滤柱体4-2远离滤芯4-1的一端与一个设置在过滤腔室1外部的抽滤瓶9密封连接，且真空抽滤柱体4-2内设有多个贯穿滤芯4-1并与抽滤瓶9内部相通的第一抽滤微孔4-2-1，同时抽滤瓶9内与一个抽滤真空泵8密封连接，即抽滤真空泵8工作抽出抽滤瓶9内的空气，使之处于负压状态，此时位于过滤装置上方的催化剂溶液由第一抽滤微孔4-2-1处被抽压至抽滤瓶9内。

如图2和3所示，充气腔室11内通过与之密封的进气管再与外部一个空气压缩机3连接，同时过滤装置4的滤芯4-1上还贯穿设有与充气腔室11相通的第一通气孔4-3，第一抽滤微孔4-2-1和第一通气孔4-3是分别独立存在，不会相互影响，空气压缩机和第一通气孔形成为充气腔室内作用的充气机构，即空气压缩机可以不断向充气腔室内填充空气，迫使空气通过第一通气孔上升至与催化剂溶液处。

如图1所示，进一步地，本洗涤设备还包括外置的溶剂储存罐6，溶剂储存罐6供去离子水存储使用，同时，溶剂储存罐6还通过导液管7与过滤腔室1内部连通，并且导液管7有两个开口端，其进水端密封设置在过滤腔室1的底部并位于滤芯4-1的下方，其出水端贯穿密封盖10后与过滤腔室1内部连通，即其出水端位于过滤腔室1内滤芯4-1的上方，同时导液管7上位于进水端与出水端之间设有循环工作泵5，即循环工作泵可控制导液管内液体流向，溶液储存罐6通过分支管与导液管7的上端部分连通以保证溶液储存罐6内的去离子水进入溶液腔室内位于滤芯4-1的上方空间处，同时分支管上设有开关阀7-1。

使用时，将待过滤的催化剂溶液倒入过滤腔室1内，密封盖10关闭，然后将洗涤溶剂，即去离子水加入到溶剂储存罐6中，同时打开电加热套2、空气压缩机3，空气压缩机2致使气体充入过滤腔室1内，并通过滤芯4-1的第一通气孔4-3上升至滤芯的上方，形成气流，与催化剂溶液接触形成鼓泡状态，即气体鼓泡的作用使得催化剂溶液处于鼓动状态，避免催化剂堵塞第一抽滤微孔4-2-1和第一通气孔4-3，之后打开抽滤真空泵8使得抽滤瓶9中处于负压状态，溶剂通过抽滤滤芯4-1上的第一抽滤微孔4-2-1进入到抽滤瓶9中，在上述洗涤过滤过程中，需同时打开循化工作泵5使得充气腔室11中的部分催化剂溶液通过导液管7进入到过滤腔室1中，继续清洗过滤，再继续过滤；待催化剂溶液12内的废料溶剂13完全本抽取至抽滤瓶9中后，过滤腔室1内位于滤芯4的上方剩余所需要的清洗完成的催化剂。

实施例2

本发明进一步公开了一种批量催化剂洗涤用设备，在实施例1基础上，如图4和5所示，本发明还在过滤腔室1内进一步设计了升降式过滤筒14，升降式过滤筒14的筒壁上固定设有滑块，且本洗涤设备过滤腔室1内壁上设有供滑块扣嵌在内实现上下滑移运动的直线导轨21，且直线导轨21与过滤腔室1外部相通，从而实现升降式过滤筒14从本过滤腔室1内的完全取出；与此同时，在过滤腔室1内位于升降式过滤筒14正下方连接有一个密封橡胶垫材质的旋转式密封垫15，升降式过滤筒14的筒底14-1和旋转式密封垫15上均设有第二抽滤微孔16和第二通气孔17，如图6所示，第二抽滤微孔16和第二通气孔17分别与第一抽滤微孔4-2-1、第一通气孔4-3孔径相同；当催化剂溶液12在设备中进行过滤工序时，旋转式密封垫15与滤芯4-1的上表面完全接触，且第二抽滤微孔16和第二通气孔17分别与第一抽滤微孔4-2-1、第一通气孔4-3孔径同心设置，以保证过滤过程中气流顺利通过旋转式密封垫15和升降式滤筒作用于催化剂溶液12中，且不会造成第二抽滤微孔16和第二通气孔17的堵塞现象。

如图4和5所示，旋转式密封垫15上转动设置凸轮(类似于滑块，附图中未表示出)，且过滤腔室1的内壁上还设置有供凸轮滚动式运动的弧形轨道槽20，弧形轨道槽20也与外部相通，以便旋转式密封垫15完全取出；凸轮和弧形轨道槽20形成连接机构实现旋转式密封垫15在过滤腔室1内的旋转式升降运动，旋转式密封垫15的旋转角度即由弧形轨道槽20的弧形曲度决定；同时本设备设置例如驱动气缸或者驱动液压缸的驱动机构18，驱动机构18的伸缩缸体密封贯穿滤芯4-1设置，工作时，其上升并与旋转式密封垫15底部抵触后实现对旋转式密封垫15的驱动作用，当旋转式密封垫15上升至与升降式过滤筒14的筒底14-1抵触时，转动一定角度的旋转式密封垫15的第二抽滤微孔16、第二通气孔17，与升降式过滤筒14筒底14-1上的第二抽滤微孔16、第二通气孔17均呈相互错开状，此时实现升降式过滤筒14的筒底14-1的完全封闭，并在驱动机构18的持续驱动下，实现旋转式密封垫15、升降式过滤筒14的整体上升，并上升至本是设备的顶部后，将升降式过滤筒14取出以便催化剂粉末的完全取出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种批量催化剂洗涤用设备，包括过滤腔室(1)，以及设置在过滤腔室(1)顶部的密封盖(10)，其特征在于，所述过滤腔室(1)内通过管道与溶剂储存罐(6)连通，所述过滤腔室(1)内设有对催化剂溶液作用的过滤装置(4)、以及防止过滤装置堵塞的充气机构，所述充气机构的进气位置置于所述过滤装置(4)下方，所述过滤腔室(1)外部设有对催化剂溶液中废料收集的抽滤瓶(9)，所述抽滤瓶(9)内与抽滤真空泵(8)密封连接。

2.根据权利要求1所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述过滤装置包括密封设置在所述过滤腔室(1)靠近底部位置处的滤芯(4-1)，所述滤芯(4-1)上设有多个真空抽滤柱体(4-2)，所述真空抽滤柱体(4-2)远离滤芯(4-1)的一端密封贯穿抽滤瓶(9)，所述真空抽滤柱体(4-2)内设有多个贯穿滤芯(4-1)并与抽滤瓶(9)内相通的第一抽滤微孔(4-2-1)。

3.根据权利要求2所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述充气机构包括空气压缩机(3)，所述空气压缩机(3)的进气管贯穿所述过滤腔室(1)的外壳通至其内部并设置于滤芯(4-1)的下方，所述滤芯(4-1)上均匀分布有第一通气孔(4-3)。

4.根据权利要求1所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述溶剂储存罐(6)通过导液管(7)与过滤腔室(1)内部连通，所述导液管(7)的一端贯穿所述密封盖(10)靠近过滤腔室(1)内部的上端位置处，另一端贯穿密封盖(10)靠近所述过滤腔室(1)内部的下端位置处并位于滤芯(4-1)的下方，所述导液管(7)上设有循环工作泵(5)。

5.根据权利要求3所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述过滤腔室(1)内设有升降式过滤筒(14)，所述过滤腔室(1)内位于升降式过滤筒(14)正下方连接有由驱动机构(18)驱动的旋转式密封垫(15)，所述升降式过滤筒(14)的筒底(14-1)和旋转式密封垫(15)上均设有第二抽滤微孔(16)和第二通气孔(17)，所述第二抽滤微孔(16)和第二通气孔(17)分别与第一抽滤微孔(4-2-1)、第一通气孔(4-3)孔径相同。

6.根据权利要求5所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述旋转式密封垫(15)由驱动机构(18)和连接机构实现升降运动，所述驱动机构(18)包括驱动气缸，所述连接机构包括转动设置在旋转式密封垫(15)上的凸轮，所述过滤腔室(1)的内壁上设有供凸轮嵌置的弧形轨道槽(20)。

7.根据权利要求5所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述升降式过滤筒(14)、旋转式密封垫(15)均可由过滤腔室(1)内取出；所述旋转式密封垫(15)由密封橡胶垫材料制成。

8.根据权利要求1所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述过滤腔室(1)的外层包裹有电加热套(2)。

9.根据权利要求3所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述第一通气孔(4-3)孔径为0.5-1mm。

10.根据权利要求2所述的批量催化剂洗涤用设备，其特征在于，所述过滤腔室(1)和真空抽滤柱体(4-2)均为透明钢化玻璃，所述滤芯(4-1)为陶瓷材质，所述导液管(7)为不锈钢软管。

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