CN201132855Y

CN201132855Y - 一种溶氧电极制氧器

Info

Publication number: CN201132855Y
Application number: CNU2007200327875U
Authority: CN
Inventors: 杨庆浩; 程光旭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2017-09-18

Abstract

本实用新型公开了一种溶氧电极制氧器，包括与电源连接的电解槽，电解槽内壁上分别设有空气阴极和金属阳极；电解槽内装有电解液，空气阴极由依次层叠的催化膜、金属网、第一防水透气膜、第二防水透气膜和聚四氟乙烯涂层组成。本实用新型的溶氧电极制氧器，采用上述催化膜结构的空气阴极，改善了催化性能，可连续安全产生高品质的生态健康型氧气，氧气纯度在99％以上。配合负离子发生器等系统，效果更佳。具有氧气纯度高、安全可靠、无污染，可连续制氧、氧气制备成本低廉、电极寿命长等优点。有望促进空气电极和制氧技术的进展和家庭氧气终端的推广应用。

Description

一种溶氧电极制氧器

技术领域

本实用新型涉及一种制氧装置，具体为一种采用电化学方法制造(提取)氧气的溶氧电极制氧器，国际专利分类号为Int.cl⁷.c25B1/02。

背景技术

传统的制氧技术是采用空气分离方法制造，但基于空气分离技术的氧气瓶吸氧方式的存在诸多不足。近年来国内外出现的一些制氧新技术。例如化学反应制氧技术，但该技术制氧量有限，一次投料，仅能维持10分钟左右的氧气量，且氧气释放曲线不平缓，使用麻烦，成本很高。目前国内外应用较多的是类似于专利ZL00246155.2介绍的变压吸附制氧技术，且已经有多种商业制氧机产品面市。该技术虽可以连续循环制取氧气，但制备氧气纯度低，达不到医用保健标准，运行有噪音，成本也较高，不适合家庭和病人使用。

近年来，基于空气电极技术发展起来的电化学制氧工艺逐渐受到重视，该技术是采用类似空气电极阴极的溶氧电极膜，将空气中的氧气还原成OH^-吸收到碱性介质中，再在阳极氧化成O₂分离出来的制氧技术，该技术无污染、能量转化和制氧效率高，连续使用成本低、操作方便，使用范围广等优点。以中国专利ZL 93115931.8、ZL 95116569.0、ZL 99238206.8、ZL 02276610.3、ZL 200320106390.8等为代表。但是，由于采用高浓度碱性电解液(KOH溶液)来制氧，且所使用的空气电池中需要使用造孔剂造孔，孔径大小很不均匀，长期使用中由于电解液在空气的碳酸化、催化剂性能限制和电极渗漏等问题，实际电化学制氧的效率不高，应用受到很大限制。中国专利ZL99119555.8提出了使用近中性电解液来取代碱性电解液的制氧方法，但该方法需配套使用锰基催化剂，而在实际使用中锰基催化剂(氧化锰)易脱落、脱溶或水解变性等变化，产品不稳定。中国专利ZL 03120967.X发明内容针对其不足，做了一些改良，ZL 02277354.1则提出了采用水蒸气提取氧气的技术，但是上述技术由于催化性能有限，实际制氧能耗仍然比较高，氧气产量比较小，而且在实际应用中存在渗漏问题，不利于大面积推广。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种溶氧电极制氧器，该溶氧电极制氧器具有氧气纯度高、安全可靠、无污染，可连续制氧、氧气制备成本低廉、电极寿命长等优点。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种溶氧电极制氧器，该电化学氧气发生器包括与电源连接的电解槽，电解槽内壁上分别设有空气阴极和金属阳极；电解槽内装有电解液，其特征在于，所述的空气阴极由依次层叠的催化膜、金属网、第一防水透气膜、第二防水透气膜和聚四氟乙烯涂层组成。

本实用新型的其它特点是：

所述的金属网为30目-80目的镀镍网或镍网。

所述的电解液为碱性电解质，浓度为1～3mol/L，组分为氢氧化钾和碱性盐类混合物，KOH含量在60～100％之间。

所述的催化膜是由聚四氟乙烯乳液、炭载银和活性炭混合轧制而成，厚度为0.1mm～0.5mm，其中，聚四氟乙烯乳液含60％重量的聚四氟乙烯，炭载银为聚四氟乙烯重量的10％～60％，活性炭的含量为聚四氟乙烯重量20％～40％。

所述的炭载银中的银粉在活性炭上的担载量为5％～20％。炭载银主体为银，添加有铂、钯等，采用热分解还原法制备，其它贵金属成分不超过5％；

所述的第一防水透气膜和第二防水透气膜均由聚四氟乙烯乳液和疏水性乙炔黑、活性炭混合轧制而成，厚度为0.2～1mm；其中，聚四氟乙烯乳液含60％重量的聚四氟乙烯，乙炔黑的含量为聚四氟乙烯重量5％～20％；活性炭的含量为聚四氟乙烯重量的20％～40％。

所述的电源为带过载保护的恒流电流源。

本实用新型的溶氧电极制氧器，采用上述催化膜结构的空气阴极，改善了催化性能，可连续安全产生高品质的生态健康型氧气，氧气纯度在99％以上。配合负离子发生器等系统，效果更佳。有望促进空气电极和制氧技术的进展和家庭氧气终端的推广应用。

附图说明

图1为本发明制氧装置的示意图；

图2为本发明制氧装置使用的空气阴极结构示意图；

图3为本发明的溶氧电极制氧器单片空气电极性能图

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明：

具体实施方式

本实用新型的溶氧电极制氧器，包括与电源1连接电解槽5，电解槽5内壁上分别设有空气阴极2和金属阳极4；电解槽5内装有电解液3，空气阴极2由依次层叠的催化膜2-1、金属网2-2、第一防水透气膜2-3、第二防水透气膜2-4和聚四氟乙烯涂层2-5组成。

空气阴极2和金属阳极4在电解槽5内平行排列。电源1的正负极分别与金属阳极4和空气阴极2相连接。空气阴极2采用依次层叠的催化膜2-1、金属网2-2、第一防水透气膜2-3、第二防水透气膜2-4、聚四氟乙烯涂层结构经压力机压制、烧结而成(参见图2)；金属网2-2为30-80目的镀镍网或镍网；催化膜2-1是由60％的聚四氟乙烯乳液和炭载银(或金属氧化物)、活性炭混合轧制而成，以聚四氟乙烯为基数，炭载银的重量含量为10～60％，其主体是银，活性炭的含量为20％～40％；厚度为0.1mm～0.5mm，银粉在活性炭上的担载量为5～20％，约5mg/cm²-10mg/cm²；其它贵金属(或金属氧化物)不超过1mg/cm²。第一、第二防水透气膜是由60％的聚四氟乙烯乳液和疏水性乙炔黑活性炭混合轧制而成，以聚四氟乙烯为基数，乙炔黑的重量百分比为5～20％；活性炭为20～40％，厚度为0.5～1mm；催化膜和防水透气膜的轧制过程中都需要加入少量的无水乙醇作为分散介质；电解质采用碱性电解质，配制浓度为1～3mol/L，组分为氢氧化钾和碱性盐类混合物，KOH含量在60～100％之间。所述的金属网2-2作为空气阴极2的支撑骨架和电流通道使用。

空气阴极2采用双重防水透气膜结构(参见图2)，这种不使用造孔剂的双层防水膜空气阴极2，可以有效提升防水透气效果，解决现有技术中所存在的严重的渗漏(出汗)问题，增加溶氧电极制氧器的使用寿命。

根据需要，电解槽5可以设计成单面为空气阴极2，或者双面为空气阴极2；电解槽5可以经并联或者串联后组成电解槽组，以增大氧气释放量，扩大电化学反应制氧系统规模。电解槽串并联的数量根据制氧装置设计要求而定。

本实用新型的溶氧电极制氧器采用电化学制氧，利用电源1在空气阴极2/电解液3/金属阳极4组成的电解系统上加1V-1.5V直流电，将空气中的氧气通过空气阴极2变成OH^-进入电解液3，迁移到阳极后，还原为氧气逸出。

金属阳极4材料可采用金属制作，在金属的表面镀镍即可。

下面是发明人给出的具体实施例：

实施例1：炭载贵金属催化剂制备工艺，按照一定比例，配置5-20％的硝酸银溶液，其中适当添加氯铂酸、硝酸钯等贵金属盐类，按照Ag和碳1∶5到1∶10的质量比，称取预处理过之活性炭，吸附上述全部贵金属盐溶液后，于350℃左右，3小时烧结制备炭载贵金属催化剂。

实施例2：催化层制备工艺，按一定的固体质量比称取各组成材料，活性炭担载贵金属催化剂(采用实施1制备)、活性炭、60％PTFE乳液按0.40∶0.5∶1称取，加入适量的无水乙醇，经超声分散处理处理5min后，再在80℃水浴中加热搅拌直至凝聚成团；将凝聚物放到温度为50～60℃的双辊滚压机上反复碾压使PTFE纤维化，制成厚约0.1mm的催化层。

实施例3：防水透气层制备工艺，按一定的固体质量比称取各组成材料，活性碳、PTFE乳液、乙炔黑的比例为0.3∶0.2∶1，加入适量的无水乙醇，经超声分散处理处理5min后，再在一定温度的水浴中加热搅拌直至凝聚成团；将凝聚物放到温度为50～60℃的双辊滚压机上反复碾压使PTFE纤维化，制成厚约0.2mm的防水透气层。

实施例4：采用单电解槽5，空气阴极2和中间的金属阳极4，空气阴极2和金属阳极4的面积都是120×100mm。空气电极2采用采用催化膜2-1/金属网2-2/防水透气膜2-3/防水透气膜2-4/聚四氟乙烯涂层结构，其中催化膜2-1厚度按实施例2制备，厚度0.1mm。所述的聚四氟乙烯乳液和载银活性炭的重量比控制在2∶1，银粉在活性炭上的担载量为5.3mg/cm²，铂粉在活性炭上的担载量为0.17mg/cm²。防水透气膜2-1按实施例3制备，厚度为0.2mm。所述的聚四氟乙烯乳液和乙炔黑的重量比控制在10∶1左右。所述空气电极烧结温度为350℃，烧结时间为24小时；集流金属网2-3采用30目的镀镍铜网。金属阳极4采用0.2mm镍板冲压成型。所述的电解液3的电解质采用氢氧化钾，配制浓度为5mol/L。当槽电压1.0V，电流为24培时，本发明可连续产生的氧气量为70ml/分钟，氧气纯度约99.3％。将氧气收集引出到后，配合净化洗涤，可供人直接呼吸。电极寿命可长大3000小时。

实施例5：采用单层防水膜结构的空气阴极2，即采用催化膜2-1/金属网2-2/防水透气膜2-3/聚四氟乙烯涂层结构经压力机压制、烧结而成的空气阴极2，其余同实施例4。本发明当槽电压1.4V、电流为24安培时，可连续产生的氧气量为70ml/分钟，出口氧气纯度约99.5％。

实施例6：采用双层防水膜结构的空气阴极2，空气电极的烧结温度为300℃，其余同实施例4。本发明当槽电压1.2V、电流为24安培时，可连续产生的氧气量为70ml/分钟。出口氧气纯度约99.3％。

实施例7：采用8个电解槽5串联的溶氧电极制氧器，单面相对空气阴极2和金属阳极4，阳极材料镍板，电解质3采用5mol/l氢氧化钾。空气阴极2采用双重防水透气膜结构，具体工艺同实施例4，当槽电压12V、电流为30安培时，系统产生的氧气量为700ml/分钟。出口氧气纯度约99.5％。

上述实施例制备的溶氧电极制氧器单片空气电极性能如图3所示，其空气电极尺寸为：120×100×12mm，从图中可以看出当电压上升至0.8V、电流上升至5A时，出氧量则有一个大幅度增加。

Claims

1. 一种溶氧电极制氧器，包括与电源(1)连接的电解槽(5)，电解槽(5)内壁上分别设有空气阴极(2)和金属阳极(4)；电解槽(5)内装有电解液(3)，其特征在于，所述的空气阴极(2)由依次层叠的催化膜(2-1)、金属网(2-2)、第一防水透气膜(2-3)、第二防水透气膜(2-4)和聚四氟乙烯涂层(2-5)组成。

2. 如权利要求1所述的电化学氧气发生器，其特征在于，所述的金属网(2-2)为30目-80目的镀镍网或镍网。

3. 如权利要求1所述的溶氧电极制氧器，其特征在于，所述的电源(1)为带过载保护的恒流电流源。