[发明专利]电化学氧阴极制氧方法及其电解槽

说明书

本发明涉及一种制氧方法及装置，特别是采用电化学方法制得氧气的方法及其电解槽。

已知的制氧方法及装置可分为物理型和化学型两大类。物理型氧发生器是靠把空气压缩后通过某种催化剂的选择吸附，达到将空气中氧浓缩的效果，这种发生器的主要缺点是因催化剂的失效需要经常更换或活化催化剂。化学制氧有采用投放生氧剂制氧的方式，其方法比较简单，但生氧剂制氧量有限，不能长期连续使用。传统的水电解制氧也属于化学制氧之列。直流电通过电解槽后，在阴极上析氢，阳极上析氧。因而必须将氢氧分离，这不但使装置复杂，而且由于氢氧混合体系是一种易燃、易爆的危险体系，因而使用比较危险，处理方法及装置复杂。

中国专利CN1085607A公开的电化学双极制氧法及装置，以空气为原料，通过电解槽内的空气阴极将氧还原成过氧化氢离子和氢氧根离子，过氧化氢离子在金属催化网上分解成氧气和氢氧根离子，然后氢氧根离子在金属阳极上进行电化学氧化生成氧气。该方法虽然避免了传统水电解法在阴极上析氢的问题，但由于有中间产物过氧化氢，且若经金属网催化分解不彻底，就会使得在生成的氢气中央杂少量的过氧化氢，这对人体是有害的。同时该方法及装置设有气液分离及电解液循环系统，工艺转化及设备较复杂，析氧效率仍待提高。

本发明的目的是克服上述制氧方法及装置的不足，而提供一种简单、安全、高效的电化学制氧方法及电解槽。它制氧速度快、纯度高、无中间产物过氧化氢及附产物氢气，能耗低，体积小。

本发明的目的是这样实现的：

一种电化学氧阴极制氧方法，以空气为原料，采用碱性电解液，其特征在于：阴极由防水导电透气膜、导电网及催化膜组成，阴极上构成催化膜的电催化剂采用铂或银，在电解槽的氧气出口处设有气液分离膜，通电后，周围环境空气中的氧穿过阴极的防水透气膜，并在该阴极的催化层上进行电化学还原生成氢氧根离子，其反应式为：所生成的氢氧根离子同时在阳极上氧化成氧气，其反应式为：，生成的氧气经过电解槽上部气液分离膜后，纯净的氧气从氧气出口孔排出，所述制氧及气液分离过程均在电解槽内完成。

所述阴极是在防水导电透气膜上敷撒银粉经碾压制成摧化膜，在防水导电透气膜中还经冷压烧结夹有镀银的铜网作阴极的导电网。

所述催化膜为粘结的粉末层或丝网层面。

所述气液分离膜采用聚四氟乙烯薄膜。

一种用于电化学氧阴极制氧方法的电解槽，该电解槽的外壁用防水导电透气膜、导电网、催化膜组成的阴极制作，其催化膜在电解槽内侧一面与电解液接触，在电解槽上方中央插入阳极并固定，该阳极插入电解液中；在电解槽的上部，设有氧气出口，该出口处设有气液分离膜，于该气液分离膜以下，设有便于密封的注液孔。

所述防水导电透气膜由石墨粉和聚四氟乙烯乳剂按重量比为6∶4的比例在60℃-70℃的温度下调合后碾压制成。

所述阳极的材质为镍片或泡沫镍板。

本发明的优点是在于与吸附型物理方法制氧相比，它可在常温、常压下工作不需要定期活化或更换催化剂；与靠投放生氧剂制氧法相比，它可以连续稳定供氧，不需添加反应剂；与传统的水电解法相比，它没有氢且槽压低、省电；与已公开的专利CN1085607A电化学双极制氧法相比，它没有中间产物过氧化氢及电解液循环系统，析氧效率高，因此它是一种结构简单、使用方便、产氧快、纯度高、省电、高效、不析氢、无过氧化氢、安全可靠的新型制氧装置。尤其要指出的是还可根据不同需要方便地将多个电解槽组合成不同产氧量大小的发生器，因而具有广泛的应用范围，特别适用于家庭以及高原边远地区的供氧场合，具有较大的实用价值和社会经济效益。

本发明还包括一种用于上述制氢方法的电解槽，结构简单、安全、高效，制氧速度快、纯度高、无中间产物过氧化氢及附产物氢气，能耗低，体积小。

现结合附图进一步详细描述本发明的实施例。

附图说明：

图1是本发明电解槽的结构示意图；

图2是图1中阴极的结构示意图。

附图编号

1．阴极      2．阳极      3．导电透气膜

4．导电网    5．催化膜    6．气液分离膜

7．注液孔    8．电解槽    9．上盖

10．氧气出口