[发明专利]一种制备氮气和氧气的电化学发生器

说明书

本发明涉及一种电化学设备，具体地说是提供一种采用恒电位电解法，用于制备氮和氧气体的电化学发生装置。

已有的氢、氧及惰性气体的电化学发生器，大多以电解水的方法来制取氢和氧，并用空气制取氮，例如日本专利JP59，162，284所提供的技术。该发生器的电解槽呆用阳离子交换膜和SPE电极，从水罐将水送进阳极室，充气泵把空气泵入阴极室，通过使空气中的氧在阴极选择性还原的办法制取氮。但这种设备需要昂贵的阳离子交换膜和SPE电极。也有报导(Ger(East)，85，336(cl，co 16)，20，Oct，1971，App．WP 121／145，000，19Jan．1970)，采用固体电解质构成的电解槽，从空气中产生氮，并从水蒸汽中产生氢的方法。但这种方法除需价昂的固体电解质，尚需用输入水蒸汽。同时上述这些技术均是以电解水的方法来制取氢氧，因此耗电量大。

本发明的目的是提供一种结构简单的制备氧气和氮气的电化学发生器。该气体发生器既可小型化又可适应工业化生产需要制备氮、氧气体，其造价低，操作方便，能耗低。

为实现上述目的，本发明的电化学发生器对已有技术进行较大的改造，它利用恒电位电解方法，其特征在于它采用微孔膜作两电极的分隔板，可使氮氧气室在压差(可达1MPa)下稳定工作，其次，采用多孔气体扩散型氧电极为阴极，镍网为阳极，且电极安装采用金属材料制的凹凸形平面支撑板和／或平面穿孔板与导电支撑条或导电支撑垫的硬支撑法，即在微孔膜两侧加有阴、阳电极，采用上述硬支撑结构，使两极构成零极距的电极结构，既确保电极的稳定工作，又可提高效率，降低能耗。此外，本发明采用的恒定电位应控制在≤1．5伏，这样可避免阴极析出氢气，保证制备气体氮和氧的纯度都可达到99．99％以上。

上述本发明的电化学发生器，其微孔膜可呆用孔径为800～1000的石棉膜，钛酸钾膜或二氧化钛膜。其金属凹凸形平面支撑板和平面穿孔板可呆用不锈钢加工，其凹形部分或孔部分的面积可占整个板面的20～70％。导电支撑条或导电支撑垫也可由不锈钢制成。本发明发生器可根据实际需要采用单对电极制备成小型氮、氧气体发生器，也可组装成多对电极的单极电解槽，作为生产氮、氧的专业设备。下面通过实例对本发明的结构给予进一步的说明。

附图1是单对电解槽构成的氧氮气体发生器的结构示意图。

附图2是多对电解槽构成的氧氮气体发生器的结构示意图。

实例1单对电解槽的氮氧气体电化学发生器

以孔径800的石棉膜为微孔膜，以60目镍网为阳极，以纯银的多孔气体氧电极为阴极。用不锈钢加工成凹凸形平面支撑板。附图1是这种发生器的结构示意图，所示发生器为单极单对电解槽。图中，1．微孔膜；2．阳极；3．多孔气体扩散型氧电极阴极；4．电解液进口；5．空气泵及空气进口；6．氮出口；7．电解液桶出口；8．阳极电解液及氧出口；9．电解液桶；10．电解液；11．氧出口；12．恒电位装置；13．凹凸形不锈钢支撑板；14．阴极室压力表。呆用上述微孔膜1、电极2、3，并按附图1所示结构可安装成单极单对电解槽，即在微孔膜1两侧安置电极2、3，利用凹凸形不锈钢支撑板13夹紧电极2、3成硬支撑电极结构。按附图1，并按常规技术，可安装电路、气路、液路各系统制成本发明单对电解槽电化学发生器。运行时，空气泵输入空气为120ml／min，阴极室压力表读数为表压0．4MPa，阳极室为常压，电极工作面积140cm²，恒电位1．5V。其产生气体氮气纯度为含氧量≤24ppm，氧气纯度为99．99％(不计水蒸汽)。

实例2多对电解槽式氮氧气体电化学发生器

以孔径为1000A的石棉膜为微孔膜，以60目镍网为阳极，以ECNA(中国科学院大连化学物理研究所生产)型多孔气体扩散型氧电极为阴极，并制成孔径Φ2，梗距1，厚1mm的不锈钢穿孔板与不锈钢导电支撑条。附图2是多对电解槽(2对)电解槽构成发生器的结构示意图。图中：15．穿孔板；16．支撑条。参照附图2及实例1可安装成2对的单极式电解槽和发生器。即在两个微孔膜的两侧分别安置电极2、3，构成两对电解槽，再利用穿孔板15和支撑条16将电解槽的电极2、3夹紧成硬支撑结构，两个电解槽阳极2相邻设置。在运行时，空气泵输入空气300ml／min，阴极室压力表14显示表压0．4MPa，电极工作面积280(140×2)cm²，恒电位1．5V。其氮气出口纯度为99．99％，氧气出口纯度为99．99％(不计水蒸汽)。

实例3单对电解槽氮氧气体电化学发生器