CN104047018A

CN104047018A - 一种富氢电解的方法

Info

Publication number: CN104047018A
Application number: CN201410277601.7A
Authority: CN
Inventors: 庄炳元
Original assignee: SHENZHEN NICEWATER TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN NICEWATER TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-06-20
Filing date: 2014-06-20
Publication date: 2014-09-17

Abstract

本发明提供一种富氢电解的方法，包括以下几个步骤：步骤A：将纯钛电极上镀上纯铂金，使之成为电解电极；步骤B：将电极置于自来水中，通电，通在电流的作用下水将被分解为氢离子和氧离子；步骤C:产生一定量的氢气和氧气，并排出。本发明采用以上技术方案，其优点在于，相比纯钛电极板，镀铂金电极板有很多优越性，例如：电流效率高、优良抗腐蚀性能、电极使用寿命长、电极基体可以多次重新使用，对介质不会产生污染，可以承受更高的电流密度。

Description

一种富氢电解的方法

技术领域

本发明涉及环保领域，尤其涉及一种利用水通过电解制纯氢作为新环保能源气体的方法。

背景技术

目前，采用电解结构对纯净水进行电解以获得氢的技术难以大范围普及。其关键

在于传统电解结构在电解水过程中需要损耗大量电能并且其电解效果较为一般。由于需要损耗大量电能从而导致成本增加，因此，当前采用电解方式来制氢的技术的发展进入瓶颈阶段。如何攻克上述技术难题，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种富氢电解的方法，包括以下几个步骤：

步骤A：将纯钛电极上镀上纯铂金，使之成为电解电极。

步骤B：将电极置于自来水中，通电，通在电流的作用下水将被分解为氢离子和氧离子；

步骤C:这两种离子两两结合产生一定量的氢气和氧气，并通过风机排出到我们需要净化的空间中。

优选的，所述步骤A中，所镀铂金的厚度为0.5-25微米。

优选的，所述步骤A中，1mm厚的钛极板镀0.4微米的铂金。

优选的，所述步骤B中，采用过横流调压方式控制电解的电流恒定在一个特定值上，电流为150mA-750mA。

优选的，所述步骤B中，运行电流密度不大于10A/m²。

优选的，所述步骤B中，pH值为0.1至14。

反应原理如下：

水是弱电解质，内部存在电离平衡　　

① H₂O=H(+)+OH(-) 　　

② 2H(+)+OH(-)=H₂O 　　v_①=v_②

在直流电作用下，放出氢气与氧气，氢离子与氢氧根离子不断减少，打破平衡体系，使水不停地电离，且v_①>v_②，所以反应不断进行

阳极反应：4OH（-）-4e（-）=2H₂O+O₂↑

阴极反应：2H（+）+2e（-）=H₂↑

总反应：2H₂O=（通电）2H₂↑+O₂↑

电解的效果：

水槽内有气泡，正电极板1(氧气）和负电极板2（氢气）产生的气体比值：1:2.

试管内有气泡，与电源正极(氧气），负极（氢气）相连的试管产生的气体比值：1:2，但在一般情况下，氢气与氧气的体积比值一般大于2:1，原因有下面两种：

1.氢气和氧气的溶解性的差别，氢气难溶于水，氧气不易溶于水（1L水30mL的氧气）但一小部分氧气溶于水，比值大于2：1.

2.电极氧化消耗了一部分氧气

ρO₂=1.429g/mL ， ρH₂=0.089g/mL，（其中氢，氧两种分子数比值：2:1；氢气，氧气的质量比值：1:8）。

本发明采用以上技术方案，其优点在于，相比纯钛电极板，镀铂金电极板有很多优越性，例如：电流效率高、优良抗腐蚀性能、电极使用寿命长、电极基体可以多次重新使用，对介质不会产生污染，可以承受更高的电流密度。

本发明的有益效果是：

1. 电解产生的氧气可以增加环境中氧气含量，预防因空气不流通导致的二氧化碳浓度过高等现象。

2. 产生微量的氢气一部分溶解到水中，可以使净化器中的用于水洗的液体带有大量的氧化还原电位(低于-300mV)，氢离子浓度可以到0.6ppm以上，这种带有氧化还原电位的水用来过滤空气，可以瞬间中和掉空气中带正电位具有氧化作用的物质，使空气质量达到较高指标。

3.飘散到空气中的氢气可以改善人体体制。

4.目前氢气作用于人体方面的研究非常广泛，常见的有：用来喝的负氢水、可以用来人体吸入的氢气、沐浴、静脉注射等。

5.疾病方面的治疗如氢气对糖尿病肾病治疗作用的机制研究、氢气有助于缓解运动后疲劳等等。

附图说明

图1是本发明电极板一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

如图1所示，水槽内正负电极板之间的缝隙中有大量气泡，正电极板1(氧气）和负电极板2（氢气）通过钛螺钉3相连，具体步骤如下：

步骤A：采用析氧型电极，将纯钛电极上镀上纯铂金，1mm厚的钛极板铂金的厚度为0.4微米，使之成为电解电极。

步骤B：将电极置于1吨自来水中，pH值为7，通电，采用过横流调压方式控制电解的电流恒定在一个特定值上，电流为500mA，通在电流的作用下水将被分解为氢离子和氧离子；

步骤C:这两种离子两两结合产生0.1吨氢气和0.8吨氧气，并通过风机排出。

对比例1：

与实施例1不同的是，采用纯钛作为电极，最后产生的氢气和氧气的质量分别为：0.05吨和0.5吨。

经测定，实施例1比对比例1的直流电耗降低了10%。

实施例2

具体步骤如下：

步骤B：将电极置于2吨自来水中，pH值为14，通电，采用过横流调压方式控制电解的电流恒定在一个特定值上，电流为750mA，通在电流的作用下水将被分解为氢离子和氧离子；

步骤C:这两种离子两两结合产生一定量的氢气和氧气，并通过风机排出。

步骤D:测出产生的氢气和氧气的质量分别为：0.19吨和1.6吨。

对比例2：

与实施例2不同的是，采用纯钛作为电极，最后产生的氢气和氧气的质量分别为：0.1吨和1.2吨。

经测定，实施例2比对比例2的直流电耗降低了15%。

实施例3

具体步骤如下：

步骤B：将电极置于3吨自来水中，pH值为7，通电，采用过横流调压方式控制电解的电流恒定在一个特定值上，电流为500mA，通在电流的作用下水将被分解为氢离子和氧离子；

步骤D:测出产生的氢气和氧气的质量分别为：0.3吨和2.5吨。

对比例3：

与实施例2不同的是，采用纯钛作为电极，最后产生的氢气和氧气的质量分别为：0.2吨和1.8吨。

经测定，实施例3比对比例3的直流电耗降低了20%。

进行电解水时，电极反应式如下：

酸性溶液中，

阴极反应：

4H+ + 4e = 2H₂ ϕ0=0V；

阳极反应：

2H₂O = 4H+ + O₂ + 4e ϕ0=1.23V；

碱性溶液中，

阴极反应：

4H₂O + 4e = 2H₂ + 4OH－ ϕ0=-0.828V；

阳极反应：

4OH－=2H₂O+O₂+4e ϕ0=0.401V；

从上式可以看出，不论在酸性还是碱性溶液中，水电解的总反应都是如下。

2H₂O = 2H₂ + O₂ 水的理论分解电压与pH值无关，因而酸性溶液或碱性溶液都可作为电解液。但从电解槽结构及材料的选择方面来看，使用酸性容易出各种故障。故现在工业上都采用碱性溶液。

与传统的石墨电极、铅基合金电极相比，钛电极的优点有：

（1）阳极尺寸稳定，电解过程中电极间距离不变化，可保证电解操作在槽电压稳定情况下进行;

(2)工作电压低,因此电能消耗小,直流电耗可降低10%-20%。

(3)钛阳极工作寿命长,隔膜法生产氯气工业中,金属阳极耐氯和碱的腐蚀,阳极寿命已达6A以上,而石墨阳极仅8个月。

(4)可克服石墨阳极和铅阳极溶解问题,避免对电解液和阴极产物的污染,因而可提高金属产品纯度。

(5)可提高电流密度。

(6)氯碱生产中,使用钛阳极后,产品质量高,氯气纯度高,不含CO2,碱浓度高,可节省加热用蒸气,节省能源消耗。

(7)耐腐蚀性强。

(8)可避免铅阳极变形后的短路问题,因而可提高电流效率。

(9)钛电极重量轻,可减轻劳动强度。

(10)形状制作容易,可高精度化。

(11)基体可反复使用。

生产钛阳极简单来说就是，在钛材的基础上刷涂或喷涂贵金属氧化物。现阶段或内钛阳极主要以刷涂为主。这样的电极有很非常广泛的应用，钛阳极以其轻巧灵活的制作工艺，又被称为DSA阳极，比起同类阳极钛阳极优越性能有以下几点：

1.阳极尺寸稳定，电解过程中电极间距离不变化，可保证电解操作在槽电压稳定的情况下进行；

2.工作电压低，电能消耗小，直流电耗可降低10-20%；

3.钛阳极工作寿命长，耐腐蚀性强。可克服石墨阳极和铅阳极的溶解问题，避免对电解液和阴极产物的污染；

4.电流密度高，过电位小，电极催化活性高，可有效提高生产效率，可避免铅阳极变形后的短路问题，提高电流效率；

5.形状制作容易，可高精度化，钛基体可重复使用，低的过电位特性，电极间表面及电极的气泡容易排除，可有效降低电解槽电压。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1. 一种富氢电解的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤A：将纯钛电极上镀上纯铂金，使之成为电解电极；

步骤C:产生一定量的氢气和氧气，并排出。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，所镀铂金的厚度为0.5-25微米。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A中，1mm厚的钛极板镀0.4微米的铂金。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，采用过横流调压方式控制电解的电流，电流为150mA-750mA。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，所述步骤B中，电流密度不大于10A/m² 。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，pH值为0.1至14。