[实用新型]一种制氧装置

说明书

本实用新型涉及的是一种制氧装置，它采用电化学的方法分离空气而取得纯氧。

现行的制氧方法与装置有三种类型。

（1）空分法：用深度冷冻和加压的原理，从空气中分离出氧。这是目前主要的工业制氧方法，虽有无污染的优点，但设备要求高、投资大、能耗高、且制得的氧必须灌入高压钢瓶中再运送到使用现场，某些地区就难以得到所需的氧气。

（2）电解法：在加有电解液的电解槽中，通直流电使水分解，阳极析出氧气的同时，阴极析出氢气。虽可方便的制得氧气，但因同时不可避免的产生具有爆炸危险的氢，特别是在民用、医用上受到限制。

（3）化学分解法：用过氧化物为原料，加入适当的催化剂，与水作用生成氧气。这种方法虽可方便的制得氧，又无危险性，但成本极高、产氧速度和产氧量不易控制，又有残余的化学品引起环境污染，只宜在某些迫切需要的特殊场合中使用。

本实用新型的目的，是提供一种无大型设备，不产生氢气，产氧速度和产氧量易控制，价廉又安全的制氧装置。本实用新型的目的，是用下述技术方案实现的。

这种用电化学法分离空气的制氧装置与电解水的装置相似。把电解水装置中产生氢气的阴极，用特殊的空气阴极代替，电极间充满碱性电解液。通以直流电后，阴极析出的不再是氢气而是过氧化氢离子（HO₂^－）。化学反应式如下：

O₂（空气中）＋H₂O＋2e→HO₂^－＋OH^－（反应式Ⅰ）

过氧化氢离子当接触到位于阴阳极之间的催化层时，立即分解为氧气。化学反应式如下：

HO^－→1／2O₂↑＋OH^－（反应式Ⅱ）

阳极与碱性溶液中电解水的反应一样，将OH^－离子分解为水和氧气。化学反应式如下：

2OH^－→H₂O＋1／2O₂↑＋2e （反应式Ⅲ）

把三个化学反应式相加在一起就可以看出，碱性溶液中的水和氢氧根离子本身并不消耗，只是作为一种搬运氧气的媒介物质。把空气中的氧，搬到催化层和阳极上析出，以完成空气分离法制取氧气的任务。

这种装置的原理如图1所示：分离用的原料空气用小型空气泵（1）在大气（A）中采取，经空气净化器（2）除去尘埃和二氧化碳后，进入电分离槽（3）的空气阴极（4）中，阳极（6）与空气阴极之间是催化分解层（5），阳、阴极分别与可调直流电源（9）的正、负极连接。通电后，空气中的氧在水溶液中得到电子还原为过氧化氢离子和氢氧根离子（见反应式Ⅰ）。过氧化氢离子和氢氧根离子受电场的作用在碱性电解液中向阳极迁移，当经过催化分解层时，过氧化氢离子迅速分解出氧气和氢氧根离子（见反应式Ⅱ）。反应式Ⅰ和反应式Ⅱ产生的氢氧根离子继续向阳极迁移，到达阳极后失去电子析出氧气（见反应式Ⅲ）。因此，催化分解层和阳极都析出氧气，经氧气净化装置（8）除去带出的电解液和水蒸汽后得到纯氧（C）。空气中的氮和少量未作用的氧以及其它气体经尾气瓶（7）排放到大气（B）中。

用以上技术方案制取纯氧的实施例，如下所述：

图1中的电分离槽（3），由若干个电分离室组成，本实施例是六个电分离室，每个电分离室的结构如图2所示。壳体（11）用聚丙烯或聚氯乙烯制成外形尺寸为30×110×160毫米。空气阴极（4）由进气管（12）尾气管（13）和两片极板（14）组成，极板具有导电、阻水、透气和促使空气中的氧转化为过氧化氢离子的功能。两片极板之间充满略带压力的空气。催化分解层（5）是附着在金属网上多孔性二氧化锰催化剂组成。阳极（6）是不锈钢网或镍网或镀镍金属网，电极有效面和2×（85×150）平方毫米即2×0.0128平方米。壳体中充满5mol氢氧化钠电解液。催化分解层上和阳极上产生的氧由氧气出口管（15）排出。这样做成一个单元的电分离室。把六个单元电分离室的阴、阳极串联起来后与直流电源连接，把六个单元进出气路分别用梳形管并联输气，组成一个电分离槽，与图1中的其它设备组成一个制氧装置。