[发明专利]一种电解盐水制备纯氢气、氧气的系统及方法

说明书

本发明具体涉及一种电解盐水制备纯氢气、氧气的系统及方法，所述装置包括储水装置、进水阀、进水泵、电解槽、阳极、阴极、脉冲电源、第一阀门、第一真空泵、第二阀门、第二真空泵、氢气收集装置、氧气收集装置；该方法采用脉冲电源供电操作模式，通电时仅产出氧气且在液相累积氢离子；随后断电仅产生氢气；通过阀门控制和真空泵收集两种气体分别进入气体收集装置；这种通电、断电操作连续进行，可制得大量纯的氢气和氧气；与常规电解水制氢设备及流程相比，本发明通过脉冲供电方式在省却气体分离设备的前提下实现了氢气、氧气两种气体的分离与纯化，也有效地减少了常规设备因膜污染、极化而引起的电压损失，大幅度降低了制氢电耗和设备成本。

技术领域

本发明属于电解技术领域，具体涉及一种电解盐水制备纯氢气、氧气的系统及方法。

背景技术

随着工业化进程的加快，能源的消耗日益增大，以化石燃料为主要能源的消耗带来严重的环境污染和能源短缺问题。氢气燃烧无污染，热值高，是一种环境友好的清洁能源，具有取代化石燃料广阔前景。但由于氢气能量密集甚至可能爆炸，因而全球只有4％的商用氢。因而寻找一种安全可靠、价格低廉、获得纯净氢气的方法是氢气能源应用的必然条件。

水作为一种地球含量丰富的可再生能源，是制取氢氧的重要原料之一。另外，电解水制氢氧具有高效的还原动力和清洁析氢的特点，成为一种有前景的方法。传统的电解水方法为了避免制出的氢气和氧气混合设计了各种设备，增加了安装和维修的成本；同时气体生成时大量的气泡扰动会造成部分电压的损耗。目前应用最普遍的是碱性电解槽，但存在污染、效率低、能耗成本高等问题。一些新型方法如SPE，采用特殊阳离子交换膜使氢离子迁移，但膜的制作较为复杂且成本较高，此外离子透过膜的过程也会损耗一部分电压。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种电解盐水制备纯氢气、氧气的装置及方法，本发明通过脉冲供电方式在省却气体分离设备的前提下实现了氢气、氧气两种气体的分离与纯化，也有效地减少了常规设备因膜污染、极化而引起的电压损失，大幅度降低了制氢电耗和设备成本。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种电解盐水制备纯氢气、氧气的系统，包括储水装置、进水阀、进水泵、电解槽、脉冲电源、阳极、阴极、电容器、第一阀门、第一真空泵，氢气收集装置、第二阀门、第二真空泵、氧气收集装置；所述储水装置底部通过进水阀、进水泵与电解槽底部相连，电解槽的上部位与储水装置内相连，所述储水装置、进水阀、进水泵、电解槽形成回路；电解槽内设有电容器，电解槽上设有脉冲电源，脉冲电源正负极分别连接电解槽的阳极和阴极；且电解槽通过第一阀门、第一真空泵与氢气收集装置相连，通过第二阀门、第二真空泵与氧气收集装置相连。

优选地，所述储水装置内设有搅拌器，为了让进出溶液混合均匀。

优选地，所述阳极材料为IrO₂/Ti、PbO₂/Ti、SnO₂/Ti、耐腐蚀贵金属或掺硼金刚石中的一种；所述阴极材料为钛、铜、银或铂中的一种。

一种电解盐水制备纯氢气、氧气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将储水装置中的无机盐电解质溶液通过进水泵打入电解槽，经过布水板均匀布水进入反应区；

(2)打开第二阀门并开始通电计时，此时水分子在电极作用下氧化生成羟基自由基、氢离子和电子；羟基自由基氧化生成氢离子和电子并析出氧气，溶液中电荷平衡，PH显弱酸性；

H₂O→·OH+H⁺+e^-

·OH→1/2O₂↑+H⁺+e^-