專利名稱：電化學氧陰極制氧方法及其生氧盒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制氧方法及裝置，特別是采用電化學方法制得氧氣的方法及其制氧裝置。
已知的制氧方法及裝置可分為物理型和化學型兩大類。物理型氧發(fā)生器是靠把空氣壓縮后通過某種催化劑的選擇吸附，達到將空氣中氧濃縮的效果，這種發(fā)生器的主要缺點是因催化劑的失效需要經(jīng)常更換或活化催化劑?；瘜W制氧有采用投放生氧劑制氧的方式，其方法比較簡單，但生氧劑制氧量有限，不能長期連續(xù)使用。傳統(tǒng)的水電解制氧也屬于化學制氧之列。直流電通過電解槽后，在陰極上析氫，陽極上析氧。因而必須將氫氧分離，這不但使裝置復雜，而且由于氫氧混合體系是一種易燃、易爆的危險體系，因而使用比較危險，處理方法及裝置復雜。
中國專利CN1085607A公開的電化學雙極制氧法及裝置，以空氣為原料，通過電解槽內(nèi)的空氣陰極將氧還原成過氧化氫離子和氫氧根離子，過氧化氫離子在金屬催化網(wǎng)上分解成氧氣和氫氧根離子，然后氫氧根離子在金屬陽極上進行電化學氧化生成氧氣。該方法雖然避免了傳統(tǒng)水電解法在陰極上析氫的問題，但由于有中間產(chǎn)物過氧化氫，且若經(jīng)金屬網(wǎng)催化分解不徹底，就會使得在生成的氧氣中夾雜少量的過氧化氫，這對人體是有害的。同時該方法及裝置設(shè)有氣液分離及電解液循環(huán)系統(tǒng)，工藝轉(zhuǎn)化及設(shè)備較復雜，析氧效率仍待提高。
本發(fā)明的目的是，克服上述制氧方法及裝置的不足，而提供一種簡單、安全、高效的電化學制氧方法及生氧盒。它制氧速度快、純度高、無中間產(chǎn)物過氧化氫及附產(chǎn)物氫氣，能耗低，體積小。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，陰極上構(gòu)成催化膜的電催化劑采用鉑或銀，或采用大環(huán)化合物，在電解槽(生氧盒)的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜，通電后陰極將空氣中的氧直接還原成氫氧根離子，同時氫氧根離子在陽極上氧化生成氧氣，制氧及氣液分離過程均在電解槽(生氧盒)內(nèi)完成。
本發(fā)明設(shè)計的生氧盒是一個電解槽容器，容器的外壁用由防水導電透氣膜，導電網(wǎng)，催化膜組成的陰極制作，其催化膜在容器內(nèi)側(cè)一面與電解液接觸，容器上方的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜。
由陰極制作的容器外壁可方便地使外界空氣中的氧進入電解槽容器內(nèi)進行電化學反應。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計接通直流電源后，環(huán)境空氣中的氧穿過(擴散)氧陰極的防水透氣膜，并在該陰極的催化層上進行電化學還原生成氫氧根離子，所生成的氫氧根離子同時在陽極上氧化生成氧氣。其反應式為(在陰極上)(在陽極上)電催化劑為金屬鉑或銀或是大環(huán)化合物。
整個過程一次完成，無過氧化氫及氫氣產(chǎn)生，而且電解槽內(nèi)的凈反應為零即外界空氣進入電解槽電解后反應得到純氧。生氧盒上方氧氣出口處的防水透氣膜的作用是防止氧氣流出時帶走電解液，使得制氧與氣液的分離均在生氧盒(電解槽)內(nèi)完成。
催化膜為粘結(jié)的粉末層或絲網(wǎng)層面。
氣液分離膜采用聚四氟乙烯薄膜。
防水導電透氣膜則是由石墨粉和聚四氟乙烯乳劑按(重量比)6∶4的比例在60℃-70℃的溫度下調(diào)合后碾壓制成。
容器的上部設(shè)有便于密封的電解液注液孔。
本發(fā)明的優(yōu)點是在于與吸附型物理方法制氧相比，它可在常溫、常壓下工作不需要定期活化或更換催化劑；與靠投放生氧劑制氧法相比，它可以連續(xù)穩(wěn)定供氧，不需添加反應劑；與傳統(tǒng)的水電解法相比，它沒有氫且槽壓低、省電；與已公開的專利CN1085607A電化學雙極制氧法相比，它沒有中間產(chǎn)物過氧化氫及電解液循環(huán)系統(tǒng)，析氧效率高，因此它是一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、產(chǎn)氧快、純度高、省電、高效、不析氫、無過氧化氫、安全可靠的新型制氧裝置。尤其要指出的是還可根據(jù)不同需要方便地將多個生氧盒組合成不同產(chǎn)氧量大小的發(fā)生器，因而具有廣泛的應用范圍，特別適用于家庭以及高原邊遠地區(qū)的供氧場合，具有較大的實用價值和社會經(jīng)濟效益。


圖1是本發(fā)明生氧盒結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是陰極(1)結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明制氧方法及生氧盒如圖1所示，其電解槽容器是一個扁長方形的盒體結(jié)構(gòu)，在盒體長面的下側(cè)有一個方形窗口，窗口上粘結(jié)密封有一塊由防水導電透氣膜(3)、導電網(wǎng)(4)、催化膜(5)組成的陰極(1)，陰極(1)上的催化膜(5)在盒體內(nèi)側(cè)與電解液接觸。在盒體上方密封有防水透氣膜(6)，防水透氣膜為聚四氟乙烯薄膜，厚度為0.1-0.2毫米。鎳片制成的金屬陽極(2)從盒體頂端插入電解液之中。在盒體寬面上靠近防水透氣膜的下方，有一注液孔(7)，以便于向盒體內(nèi)加注電解液，注液孔(7)上加密封蓋，如塞子或螺紋蓋等，以防電解液泄漏、揮發(fā)。在盒體頂端蓋有帶管嘴的上蓋(9)，可將制得的氧氣從管嘴送出。
將直流電源的負極與生氧盒陰極(1)相接，電源正極與生氧盒陽極(2)相接，導通電源，空氣中的氧氣穿過防水導電透氣膜(3)在電解液及電催化劑的作用下還原成氫氧根離子，氫氧根離子在陽極(2)上氧化生成氧氣，經(jīng)防水透氣膜(6)將電解液和氧氣分離后的氧氣穿過防水透氣膜(6)從盒體上蓋(9)的管嘴流出。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計，生氧盒還可做成園柱形、方盒形或各種容器形狀，其容器外壁的一部分可用陰極(1)材料制作。也可將容器的全部外壁均用陰極(1)材料制作。為保證強度可相應加上支撐固定的網(wǎng)架，在容器上方中央插入陽極(2)固定，作為制氧的單體結(jié)構(gòu)。
若將上述生氧盒多個串聯(lián)組合，將所制得氧氣匯集起來經(jīng)水洗杯洗滌凈化，則可構(gòu)成供家庭及公共場合、醫(yī)院等保健、醫(yī)療使用的生氧量較大的制氧裝置。
如圖2，本發(fā)明陰極(1)由防水導電透氣膜(3)、導電網(wǎng)(4)、催化膜(5)組成，其防水導電透氣膜(3)是由石墨粉和聚四氟乙烯乳劑按(重量比)6∶4的比例在60℃-70℃的溫度下調(diào)合后碾壓制成。石墨粉可采用乙炔墨粉。催化膜(5)的電催化劑采用金屬鉑或銀或大環(huán)化合物，催化膜(5)為粉末層面或網(wǎng)狀層面。
本實施例中，是在防水導電透氣膜(3)上敷撒銀粉經(jīng)碾壓制成催化膜(5)，在防水導電透氣膜(3)中還經(jīng)冷壓燒結(jié)夾有鍍銀的銅網(wǎng)作陰極(1)的導電網(wǎng)(4)。
采用本發(fā)明制氧方法，生氧盒用普通工程塑料注塑而成，陰、陽兩極導電板面積均為100平方毫米，從注液孔(7)注入200毫升7NKOH水溶液作為電解液并封上注液孔(7)。
在生氧盒陰極(1)上加負電，陽極(2)上加正電，限流2安培時工作，槽壓在1.1-1.3之間(室溫)，消耗功率≤6.5瓦，陽極(2)上則可產(chǎn)生純氧，理論產(chǎn)氧量為19.9毫升/分，實際產(chǎn)氧量則為20毫升/分(35℃)，氧氣濃度為的.5％，析氧效率為100％。
生氧盒內(nèi)電解液理論上無損耗，實際使用中有極少量自然揮發(fā)，一般可使用2-3年再補水。
權(quán)利要求
1.電化學氧陰極制氧方法，以空氣為原料，采用堿性電解液，陰極由防水導電透氣膜、導電網(wǎng)及催化膜組成，其特征在于陰極(1)上構(gòu)成催化膜(5)的電催化劑采用鉑或銀，或采用大環(huán)化合物，在電解槽的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜(6)，通電后陰極(1)將空氣中的氧直接還原成氫氧根離子，同時氫氧根離子在陽極(2)上氧化生成氧氣，制氧及氣液分離過程均在電解槽內(nèi)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氧方法，其特征在于催化膜(5)為粘結(jié)的粉末層或絲網(wǎng)層面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制氧方法，其特征在于氣液分離膜(6)采用聚四氟乙烯薄膜。
4.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述方法制成的生氧盒，其特征在于有一個電解槽容器(8)，容器(8)的外壁用由防水導電透氣膜(3)、導電網(wǎng)(4)、催化膜(5)組成的陰極(1)制作，其催化膜(5)在容器(8)內(nèi)側(cè)一面與電解液接觸，容器(8)上方的氧氣出口處設(shè)有氣液分離膜(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生氧盒，其特征在于防水導電透氣膜(3)由石墨粉和聚四氟乙烯乳劑按(重量比)6∶4的比例在60℃-70℃的溫度下調(diào)合后碾壓制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生氧盒，其特征在于陽極(2)為鎳片或泡沫鎳板。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生氧盒，其特征在于容器(8)的上部設(shè)有便于密封的電解液注液孔(7)。
全文摘要
本發(fā)明是一種氧陰極電化學制氧方法及裝置。生氧盒主要由氧陰極、金屬陽極、電解液、氣液分離膜組成。該法以環(huán)境中空氣為原料加直流電后在氧陰極上氧被還原，所生成的氫氧根離子同時全部在陽極上氧化成氧氣。氧氣與電解液經(jīng)氣液分離膜分離，其特點是無附產(chǎn)物氫及過氧化氫有害物質(zhì)產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)極其簡單、產(chǎn)氧快、純度高、能耗低、析氧效率高、安全可靠，特別適用于公共場所和家庭等供氧場合。
文檔編號C25B1/04GK1136090SQ95116569
公開日1996年11月20日 申請日期1995年10月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月13日
發(fā)明者嚴河清, 錢建平, 張樹華, 胡亦橋, 王俊, 鄒艷海 申請人:武漢中山實業(yè)(集團)股份有限公司