[发明专利]电化学双极制氧的方法及装置

说明书

本发明涉及制备氧气的方法及装置，尤其是电化学双极制氧的方法及装置，该方法和装置适用于电化学阴极和阳极同时制备氧气的场合。

在本发明作出之前，制备氧气的途径大致有三类，第一类是工业上使用的氧气，通常采用空分法及空分装置制备，该法以空气为原料，经加压、降温等手段，从空气中分离出氧气，然后用钢瓶灌氧，由于该法制备氧气的设备大，灌氧钢瓶的内压高，加之运输不便，从而大大限制了高原地区和边远地区的医院以及家庭等用氧场所的广泛应用；第二类是中国专利CN86104506A、CN2061058uCN1060635A提供的用过氧化物分解的方法来制备氧气，它为医院危重伤病员急救时用氧提供了便利，且携带和使用也较方便，但由于该法在制备氧气过程中需耗用若干种贵重的化学品，制氧成本昂贵，而且每次制备氧气的量较少，时间短，不能连续制备氧气，除提供急救时需要外，大规模推广应用将受到限制，第三类是中国专利CN2050429u提供的用电解水制备氧气的方法及制氧器装置，该制氧器由金星阴极、阳极、隔膜及槽体组成，通电后，阴极析氢，阳极产氧，为避免氢气和氧气混合，阴、阳极间用隔膜分开，该法虽然制氧方便，价格较低，使用简便，但由于阴极析氢，需用隔膜与阳极分隔，从而既增加了电解槽的复杂性和制造成本，又浪费了由膜电阻所产生的能耗，更重要的是阴极析出的氢气在室内达到一定的浓度范围后，在氧气使用过程中遇火易发生爆炸，具有危险性，因而在实际应用中难予实施。

针对现有技术的不足，本发明的任务是提供一种在电化学体系中阴极和阳极能同时快速、连续制备氧气、结构简单合理、能耗低、价格低廉、操作简便、使用安全、应用范围广的电化学双极制氧的方法及装置。

电化学双极制氧的方法是在电化学双极制氧装置中，以空气为原料，在碱性电解液作用下，通电后，在空气阴极(2)外层催化层表面经气、液、固三相接触，首先将空气中的氧气还原成过氧化氢离子和氢氧根离子，然后生成的过氧化氢离子与金属催化网(3)接触分解成氧气和氢氧根离子，同时，空气阴极(2)还原和金属催化网(3)催化分解所生成的二个氢氧根离子在金属阳极(4)上氧化成氧气和水；本发明应用电化学反应与化学(催化)分解反应相结合的原理进行双极制氧，其反应式如下：1阴极反应为₁°＝-0.08伏2化学(催化)分解反应为3阳极反应为₂°＝+0.40伏

(电极反应式中的e表示参与电极反应的电子，°表示标准电极电位)制氧装置空气阴极(2)和金属催化网(3)之间及金属阳极(4)所生成的氧气与电解液通过电解槽本体(14)上部的氧气和电解液出口(10)进入电解液容器兼气液分离器(15)，其中经分离后的氧气通过水洗瓶(16)和干燥器(17)直接使用或贮存，电解液经过电解液容器兼气液分离器(15)重新返回电解槽本体(14)，电解液构成自循环系统，尾气经过尾气观察瓶(18)排入大气，因而达到了电化学双极制氧的目的。

碱性电解液(6)可以是氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液，其浓度范围为1-mol.L^-1。

电化学双极制氧所需的空气最佳选择为空气经碱石灰干燥器(12)除去尘埃和二氧化碳等杂质。