專利名稱：電化學(xué)氧陰極制氧方法及其生氧盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制氧方法及裝置，特別是采用電化學(xué)方法制得氧氣的方法及其制氧裝置。
已知的制氧方法及裝置可分為物理型和化學(xué)型兩大類。物理型氧發(fā)生器是靠把空氣壓縮后通過某種催化劑的選擇吸附，達(dá)到將空氣中氧濃縮的效果，這種發(fā)生器的主要缺點(diǎn)是因催化劑的失效需要經(jīng)常更換或活化催化劑?；瘜W(xué)制氧有采用投放生氧劑制氧的方式，其方法比較簡(jiǎn)單，但生氧劑制氧量有限，不能長(zhǎng)期連續(xù)使用。傳統(tǒng)的水電解制氧也屬于化學(xué)制氧之列。直流電通過電解槽后，在陰極上析氫，陽極上析氧。因而必須將氫氧分離，這不但使裝置復(fù)雜，而且由于氫氧混合體系是一種易燃、易爆的危險(xiǎn)體系，因而使用比較危險(xiǎn)，處理方法及裝置復(fù)雜。
中國專利CN1085607A公開的電化學(xué)雙極制氧法及裝置，以空氣為原料，通過電解槽內(nèi)的空氣陰極將氧還原成過氧化氫離子和氫氧根離子，過氧化氫離子在金屬催化網(wǎng)上分解成氧氣和氫氧根離子，然后氫氧根離子在金屬陽極上進(jìn)行電化學(xué)氧化生成氧氣。該方法雖然避免了傳統(tǒng)水電解法在陰極上析氫的問題，但由于有中間產(chǎn)物過氧化氫，且若經(jīng)金屬網(wǎng)催化分解不徹底，就會(huì)使得在生成的氧氣中夾雜少量的過氧化氫，這對(duì)人體是有害的。同時(shí)該方法及裝置設(shè)有氣液分離及電解液循環(huán)系統(tǒng)，工藝轉(zhuǎn)化及設(shè)備較復(fù)雜，析氧效率仍待提高。
本發(fā)明的目的是，克服上述制氧方法及裝置的不足，而提供一種簡(jiǎn)單、安全、高效的電化學(xué)制氧方法及生氧盒。它制氧速度快、純度高、無中間產(chǎn)物過氧化氫及附產(chǎn)物氫氣，能耗低，體積小。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，陰極上構(gòu)成催化膜的電催化劑采用鉑或銀，或采用大環(huán)化合物，在電解槽(生氧盒)的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜，通電后陰極將空氣中的氧直接還原成氫氧根離子，同時(shí)氫氧根離子在陽極上氧化生成氧氣，制氧及氣液分離過程均在電解槽(生氧盒)內(nèi)完成。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的生氧盒是一個(gè)電解槽容器，容器的外壁用由防水導(dǎo)電透氣膜，導(dǎo)電網(wǎng)，催化膜組成的陰極制作，其催化膜在容器內(nèi)側(cè)一面與電解液接觸，容器上方的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜。
由陰極制作的容器外壁可方便地使外界空氣中的氧進(jìn)入電解槽容器內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)接通直流電源后，環(huán)境空氣中的氧穿過(擴(kuò)散)氧陰極的防水透氣膜，并在該陰極的催化層上進(jìn)行電化學(xué)還原生成氫氧根離子，所生成的氫氧根離子同時(shí)在陽極上氧化生成氧氣。其反應(yīng)式為(在陰極上)(在陽極上)電催化劑為金屬鉑或銀或是大環(huán)化合物。
整個(gè)過程一次完成，無過氧化氫及氫氣產(chǎn)生，而且電解槽內(nèi)的凈反應(yīng)為零即外界空氣進(jìn)入電解槽電解后反應(yīng)得到純氧。生氧盒上方氧氣出口處的防水透氣膜的作用是防止氧氣流出時(shí)帶走電解液，使得制氧與氣液的分離均在生氧盒(電解槽)內(nèi)完成。
催化膜為粘結(jié)的粉末層或絲網(wǎng)層面。
氣液分離膜采用聚四氟乙烯薄膜。
防水導(dǎo)電透氣膜則是由石墨粉和聚四氟乙烯乳劑按(重量比)6∶4的比例在60℃-70℃的溫度下調(diào)合后碾壓制成。
容器的上部設(shè)有便于密封的電解液注液孔。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在于與吸附型物理方法制氧相比，它可在常溫、常壓下工作不需要定期活化或更換催化劑；與靠投放生氧劑制氧法相比，它可以連續(xù)穩(wěn)定供氧，不需添加反應(yīng)劑；與傳統(tǒng)的水電解法相比，它沒有氫且槽壓低、省電；與已公開的專利CN1085607A電化學(xué)雙極制氧法相比，它沒有中間產(chǎn)物過氧化氫及電解液循環(huán)系統(tǒng)，析氧效率高，因此它是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、產(chǎn)氧快、純度高、省電、高效、不析氫、無過氧化氫、安全可靠的新型制氧裝置。尤其要指出的是還可根據(jù)不同需要方便地將多個(gè)生氧盒組合成不同產(chǎn)氧量大小的發(fā)生器，因而具有廣泛的應(yīng)用范圍，特別適用于家庭以及高原邊遠(yuǎn)地區(qū)的供氧場(chǎng)合，具有較大的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是本發(fā)明生氧盒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是陰極(1)結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
本發(fā)明制氧方法及生氧盒如圖1所示，其電解槽容器是一個(gè)扁長(zhǎng)方形的盒體結(jié)構(gòu)，在盒體長(zhǎng)面的下側(cè)有一個(gè)方形窗口，窗口上粘結(jié)密封有一塊由防水導(dǎo)電透氣膜(3)、導(dǎo)電網(wǎng)(4)、催化膜(5)組成的陰極(1)，陰極(1)上的催化膜(5)在盒體內(nèi)側(cè)與電解液接觸。在盒體上方密封有防水透氣膜(6)，防水透氣膜為聚四氟乙烯薄膜，厚度為0.1-0.2毫米。鎳片制成的金屬陽極(2)從盒體頂端插入電解液之中。在盒體寬面上靠近防水透氣膜的下方，有一注液孔(7)，以便于向盒體內(nèi)加注電解液，注液孔(7)上加密封蓋，如塞子或螺紋蓋等，以防電解液泄漏、揮發(fā)。在盒體頂端蓋有帶管嘴的上蓋(9)，可將制得的氧氣從管嘴送出。
將直流電源的負(fù)極與生氧盒陰極(1)相接，電源正極與生氧盒陽極(2)相接，導(dǎo)通電源，空氣中的氧氣穿過防水導(dǎo)電透氣膜(3)在電解液及電催化劑的作用下還原成氫氧根離子，氫氧根離子在陽極(2)上氧化生成氧氣，經(jīng)防水透氣膜(6)將電解液和氧氣分離后的氧氣穿過防水透氣膜(6)從盒體上蓋(9)的管嘴流出。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，生氧盒還可做成園柱形、方盒形或各種容器形狀，其容器外壁的一部分可用陰極(1)材料制作。也可將容器的全部外壁均用陰極(1)材料制作。為保證強(qiáng)度可相應(yīng)加上支撐固定的網(wǎng)架，在容器上方中央插入陽極(2)固定，作為制氧的單體結(jié)構(gòu)。
若將上述生氧盒多個(gè)串聯(lián)組合，將所制得氧氣匯集起來經(jīng)水洗杯洗滌凈化，則可構(gòu)成供家庭及公共場(chǎng)合、醫(yī)院等保健、醫(yī)療使用的生氧量較大的制氧裝置。
如圖2，本發(fā)明陰極(1)由防水導(dǎo)電透氣膜(3)、導(dǎo)電網(wǎng)(4)、催化膜(5)組成，其防水導(dǎo)電透氣膜(3)是由石墨粉和聚四氟乙烯乳劑按(重量比)6∶4的比例在60℃-70℃的溫度下調(diào)合后碾壓制成。石墨粉可采用乙炔墨粉。催化膜(5)的電催化劑采用金屬鉑或銀或大環(huán)化合物，催化膜(5)為粉末層面或網(wǎng)狀層面。
本實(shí)施例中，是在防水導(dǎo)電透氣膜(3)上敷撒銀粉經(jīng)碾壓制成催化膜(5)，在防水導(dǎo)電透氣膜(3)中還經(jīng)冷壓燒結(jié)夾有鍍銀的銅網(wǎng)作陰極(1)的導(dǎo)電網(wǎng)(4)。
采用本發(fā)明制氧方法，生氧盒用普通工程塑料注塑而成，陰、陽兩極導(dǎo)電板面積均為100平方毫米，從注液孔(7)注入200毫升7NKOH水溶液作為電解液并封上注液孔(7)。
在生氧盒陰極(1)上加負(fù)電，陽極(2)上加正電，限流2安培時(shí)工作，槽壓在1.1-1.3之間(室溫)，消耗功率≤6.5瓦，陽極(2)上則可產(chǎn)生純氧，理論產(chǎn)氧量為19.9毫升/分，實(shí)際產(chǎn)氧量則為20毫升/分(35℃)，氧氣濃度為的.5％，析氧效率為100％。
生氧盒內(nèi)電解液理論上無損耗，實(shí)際使用中有極少量自然揮發(fā)，一般可使用2-3年再補(bǔ)水。
權(quán)利要求
1.電化學(xué)氧陰極制氧方法，以空氣為原料，采用堿性電解液，陰極由防水導(dǎo)電透氣膜、導(dǎo)電網(wǎng)及催化膜組成，其特征在于陰極(1)上構(gòu)成催化膜(5)的電催化劑采用鉑或銀，或采用大環(huán)化合物，在電解槽的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜(6)，通電后陰極(1)將空氣中的氧直接還原成氫氧根離子，同時(shí)氫氧根離子在陽極(2)上氧化生成氧氣，制氧及氣液分離過程均在電解槽內(nèi)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氧方法，其特征在于催化膜(5)為粘結(jié)的粉末層或絲網(wǎng)層面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氧方法，其特征在于氣液分離膜(6)采用聚四氟乙烯薄膜。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制成的生氧盒，其特征在于有一個(gè)電解槽容器(8)，容器(8)的外壁用由防水導(dǎo)電透氣膜(3)、導(dǎo)電網(wǎng)(4)、催化膜(5)組成的陰極(1)制作，其催化膜(5)在容器(8)內(nèi)側(cè)一面與電解液接觸，容器(8)上方的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生氧盒，其特征在于防水導(dǎo)電透氣膜(3)由石墨粉和聚四氟乙烯乳劑按(重量比)6∶4的比例在60℃-70℃的溫度下調(diào)合后碾壓制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生氧盒，其特征在于陽極(2)為鎳片或泡沫鎳板。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生氧盒，其特征在于容器(8)的上部設(shè)有便于密封的電解液注液孔(7)。
全文摘要
本發(fā)明是一種氧陰極電化學(xué)制氧方法及裝置。生氧盒主要由氧陰極、金屬陽極、電解液、氣液分離膜組成。該法以環(huán)境中空氣為原料加直流電后在氧陰極上氧被還原，所生成的氫氧根離子同時(shí)全部在陽極上氧化成氧氣。氧氣與電解液經(jīng)氣液分離膜分離，其特點(diǎn)是無附產(chǎn)物氫及過氧化氫有害物質(zhì)產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單、產(chǎn)氧快、純度高、能耗低、析氧效率高、安全可靠，特別適用于公共場(chǎng)所和家庭等供氧場(chǎng)合。
文檔編號(hào)C25B1/04GK1136090SQ95116569
公開日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1995年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月13日
發(fā)明者嚴(yán)河清, 錢建平, 張樹華, 胡亦橋, 王俊, 鄒艷海 申請(qǐng)人:武漢中山實(shí)業(yè)(集團(tuán))股份有限公司