[发明专利]气体分解装置及分解气体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及气体分解装置及分解气体的方法。具体而言，本发明涉及通过电化学反应使恶臭气体分解和脱臭的气体分解装置及气体分解方法。

背景技术

为了通过利用电能来分解空气中所含有的恶臭成分，提出了这样一种脱臭装置，其中，氢离子传导性电解质层夹在两个电极之间，其中一个电极(正极)中设置有气体引入通道，并在正负电极之间施加电压以分解恶臭气体(专利文献1)。根据该脱臭装置，在两个电极之间施加电压，从而通过阳极反应将诸如乙醛之类的恶臭气体分解并脱臭。对于该脱臭装置，披露了如下实例：在一个实施例中，采用硫酸作为电解质；在另一个实施例中，将具有氢离子(质子)传导性的离子传导性树脂作为电解质。在该文献中，通过如下方式形成电极：将担载于碳粉末上的铂、钌、铱等催化微粒施加于多孔碳基上，然后烧结所形成的多孔碳基。这样便可以分解诸如乙醛、甲醛、乙醇和甲醇之类的恶臭气体。

上述硫酸为人们所熟知的电解质。上述离子传导性树脂为人们所熟知的聚合树脂，其通常是指“全氟化碳(PFC)阳离子交换树脂”。对于其中将磺酸基和羧酸基用作离子交换基团的PFC聚合物膜，其一个实例为(例如)由E.I.du Pont de Nemours and Company生产的“Nafion”(注册商标)。由于此类PFC聚合物在没有水分时会失去其离子传导性，因此水分是必需的。

引用文献

专利文献

PTL1：日本专利文献No.2701923

发明内容

技术问题

在上述情况中，将硫酸或者PFC聚合物用作电解质，并在两电极间施加0.8V的电压。在上述气体分解装置中，通过在电极间施加这样的电压，使得用作电解质的硫酸或PFC聚合物保持稳定的状态，并且可分解乙醛、甲醛、乙醇和甲醇等恶臭气体。对于待被脱臭装置分解的乙醇而言，其分解电压为1.3V。然而，如上所述，乙醇的分解是在施加0.8V的电压下进行的。施加在正极和负极之间用以分解气体的电压的大小应根据所要分解的气体类型以及电极和电解质的种类不同而改变。对于这一点尚未完全阐述清楚。

在恶臭气体中，诸如苯和甲苯之类的芳香族化合物具有更高的分解电压。除非在电极间施加更高的电压，否则这些芳香族化合物恶臭气体无法分解。例如，甲苯的分解电压为2.5V。然而，尚不清楚在电极间施加更高的电压会造成什么问题。人们一直在积极研究和开发燃料电池，其与气体分解装置的不同之处在于：气体分解装置是与电能输入有关的，而燃料电池是与电能输出有关的，但是燃料电池与气体分解装置的基本化学反应是一致的。然而，气体分解装置还存在很多未知的问题。在大多数情况下，气体分解装置被用于(例如)人多拥挤的地方或者空气循环不好的室内。因此，必须认真解决由上述高电压的施加而引起的安全问题。

尽管乙醇的分解电压高于水的分解电压，但是在向上述脱臭装置的两电极之间施加0.8V电压时能够使乙醇分解。这样便可以在不影响必须需要水分的PFC聚合物或为水性电解质的硫酸的情况下进行分解。然而，当涉及上述具有更高分解电压的芳香族化合物(例如，苯和甲苯)时，则要在两电极间施加更高的电压。所施加的电压越高，分解电压较低的恶臭成分的分解速率越高。然而，当所施加的电压不能等于或高于水的分解电压时，分解速率便会受到限制。

尽管不能将PFC聚合物归为水性电解质，但如上所述，PFC聚合物在没有水分时会失去离子传导性。因此，当所施加的电压等于或高于水的分解电压时，可能会导致某些问题。例如，有可能出现这样的情况：在使用PFC聚合物时，当施加于两电极间的电压等于或高于水的分解电压时，无法对包括芳香族化合物在内的多种恶臭气体进行快速分解。例如，在使用PFC聚合物作为电解质时，尽管为了快速分解诸如甲苯之类的芳香族化合物而必需施加高电压，但是可能存在受到约束的情况，例如，在长期使用中或在干燥环境中，施加在正负极间的电压不能超过预定值。另外，当使用水性电解质或必须需要水分的电解质时，所施加的电压等于或高于水的分解电压会导致所提供的电能被用于水的分解。这样，能源效率降低，并且不可避免地降低了分解率。这样的问题显然对进行快速除臭或达到高能源效率而言是不利的。