[发明专利]一种电化学脱除混合气中氧气的方法

说明书

本发明提供了一种电化学脱除混合气中氧气的方法，该方法包括以下步骤：1）在常压下，向电化学装置的阴极通入含氧混合气，阳极通入阳极原料；电化学装置为含有高温质子交换膜的电化学装置，所述阳极原料为可发生氧化反应并能提供氢离子的物质；2）对电化学装置进行控温加热，加热的温度为100‑200°C；施加电压，使电化学装置的阴极发生氧还原反应，脱除含氧混合气中的氧气，阳极发生氧化反应。本发明中采用电化学的方式进行电催化还原混合气中少量氧，利用电化学装置以实现阴极持续批量不同混合气脱氧，同时阳极可获得具有高价值的产品，是一种可持续的方法，整体操作简单、清洁高效、可行性程度高且重复性高，应用前景广。

技术领域

本发明属于脱氧技术领域，尤其涉及一种电化学脱除混合气中氧气的方法。

背景技术

氧气是人类、动植物生存和生长不可缺少的物质，但在许多场合，它的存在又会带来一系列问题，如在氧气氛围中，不利于蔬菜和水果保鲜、中药材的贮存；氧会使一些聚合催化剂中毒；氧的存在会使某些气体易燃易爆，给生产运输造成很大的安全隐患等。此外，随着科学技术和工业生产的高速发展，人类对产品质量也提出了更高要求。如浮法玻璃工业、彩电和电子工业生产线的气体净化系统、工业电解氢中脱除氧及空分氮气中脱除氧气，发生炉煤气脱氧制“富化气”、作为特种钢生产和加工的保护气、热处理用气脱氧以及科研所需高纯气体等，均对原料气中的氧含量提出了很高的要求。由于脱氧技术的广泛应用，脱氧的研究日益受到重视。

目前现有的脱氧方法主要有两种：

（1）物理方法。常见的吸附法除氧是利用多孔物质对氧气的吸附作用除去微量的氧，吸附材料有硅胶、改性沸石分子筛和非极性碳分子筛等，吸附剂吸附能力主要与吸附剂类型、被吸附物质的特性、操作压力与强度等有关。典型的如变压吸附法（PSA）脱氧，但其工程大，变压耗能高。

（2）化学方法。Ⅰ）催化脱氧，多采用Pt、Pd、Ru等贵金属作为活性组分使气体中的O₂与H₂、CO和甲醇等具有还原性能的组分反应脱除，但其采用的催化剂价格昂贵且活化再生困难。Ⅱ）化学吸收脱氧，通过对氧具有中等强度的化学吸附使氧与金属单质或低价氧化物反应生成高价氧化物来完成，但其再生耗能大。Ⅲ）燃烧法脱氧，通常直接燃烧或催化燃烧，但其耗材耗能大且产物会引入新杂质气体。

综上，现有的物理和化学脱氧方法受到了一定的限制，例如活性组分寿命短且难以再生、耗材耗能大和引入新杂质等，故我们开发出一种更为清洁高效且可大批量生产的电化学脱氧新技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种电化学脱除混合气中氧气的方法，该方法脱除混合气中氧气的操作简单、清洁高效、可行性程度高且重复性高，应用前景广。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种电化学脱除混合气中氧气的方法，包括以下步骤：

1）在常压下，向电化学装置的阴极通入含氧混合气，阳极通入阳极原料；所述电化学装置为含有高温质子交换膜的电化学装置，所述阳极原料为可发生氧化反应并能提供氢离子的物质；

2）对所述电化学装置进行控温加热，加热的温度为100-200°C；然后施加电压，使电化学装置的阴极发生氧还原反应，脱除含氧混合气中的氧气，阳极发生氧化反应。

本发明电化学脱除混合气中氧气的方法在常压下进行，采用电化学的方式进行电催化还原混合气中少量氧，利用电化学装置以实现阴极持续批量不同混合气脱氧，方法可持续性好，能够利用可再生能源在温和条件下进行高效脱氧。且本发明向电化学装置的阴极和阳极通气后，对电化学装置进行控温加热可使得质子交换膜导质子能力增强，且加热可促进反应动力学，促使所需电压减小，使得阴阳极两端的反应更容易发生。而控温加热在通气之后进行，可避免烧坏器件，且在反应阶段需一直加热。上述高温质子交换膜为在超过100°C的温度下运行，具有良好的稳定导质子能力的质子交换膜。