專利名稱：一種可制純氮、氧氣體的電化學發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電化學設(shè)備，具體地說是提供一種采用恒電位電解法，用于制備純氮和氧氣體的電化學發(fā)生裝置。
已有的氫、氧及惰性氣體的電化學發(fā)生器，大多以電解水的方法來制取氫和氧，并用空氣制取氮，例如日本專利JP59，162，284所提供的技術(shù)。該發(fā)生器的電解槽采用陽離子交換膜和SPE電極，從水罐將水送進陽極室，充氣泵把空氣泵入陰極室，通過使空氣中的氧在陰極選擇性還原的辦法制取氮。但這種設(shè)備需要昂貴的陽離子交換膜和SPE電極。也有報導(dǎo)(Ger(East)，85，336(cl，co 16)，20，Oct，1971，App.WP 121/145，000，19Jan.1970)，采用固體電解質(zhì)構(gòu)成的電槽，從空氣中產(chǎn)生氮，并從水蒸汽中產(chǎn)生氫的方法。但這種方法除需價昂的固體電解質(zhì)，尚需用輸入水蒸汽。同時上述這些技術(shù)均是以電解水的方法來制取氫氧，因此耗電量大。
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的可制純氧、氮的電化學發(fā)生器。該氣體發(fā)生器既可小型化又可適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)需要制備純氮、氧氣體，其造價低，操作方便，能耗低。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電化學發(fā)生器對已有技術(shù)進行較大的改造，它利用恒電位電解方法，其特征在于它采用微孔膜作兩電極的分隔板，可使氮氧氣室在壓差(可達1MPa)下穩(wěn)定工作，其次，采用多孔氣體擴散型氧電極為陰極，鎳網(wǎng)為陽極，且電極安裝采用金屬材料制的凹凸形平面支撐板和/或平面穿孔板與導(dǎo)電支撐條或?qū)щ娭螇|的硬支撐法，即在微孔膜兩側(cè)加有陰、陽電極，采用上述硬支撐結(jié)構(gòu)，使之兩極構(gòu)成零極距的電極結(jié)構(gòu)，既確保電極的穩(wěn)定工作，又可提高效率，降低能耗。此外，本發(fā)明采用的恒定電位應(yīng)控制在≤1.5伏直流電，這樣可避免陰極析出氫氣，保證制備氣體氮和氧的純度都可達到99.99%以上。
上述本發(fā)明的電化學發(fā)生器，其微孔膜可采用孔徑為800～1000 的石棉膜，鈦酸鉀膜或二氧化鈦膜。其金屬凹凸形平面支撐板和平面穿孔板可采用不銹鋼加工，其凹形部分或孔部分的面積可占整個板面的20～70%。導(dǎo)電支撐條或?qū)щ娭螇|也可由不銹鋼制成。本發(fā)明發(fā)生器可根據(jù)實際需要采用單對電極制備成小型純氮、氧氣體發(fā)生器，也可組裝成多對電極的單極電槽，作為生產(chǎn)純氮、氧的專業(yè)設(shè)備。下面通過實例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)給予進一步的說明。
實例1 單對電池的純氮氧氣體電化學發(fā)生器以孔徑800 的石棉膜為微孔膜，以60目鎳網(wǎng)為陽極，以純銀的多孔氣體氧電極為陰極。用不銹鋼加工成凹凸形平面支撐板。附

圖1是這種發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖，所示發(fā)生器為單極單對電槽。圖中，1.微孔膜;2.陽極;3.多孔氣體擴散型氧電極陰極;4.電解液進口;5.空氣泵及空氣進口;6.純氮出口;7.電解液桶出口;8.陽極電解液及氧出口;9.電解液桶;10.電解液;11.純氧出口;12.恒電位裝置;13.凹凸形不銹鋼支撐板;14.陰極室壓力表。采用上述微孔膜、電極，并按附圖1所示結(jié)構(gòu)可安裝成單極單對電槽，即在微孔膜兩側(cè)安置電極，利用凹凸形不銹鋼支撐板夾緊電極成硬支撐電極結(jié)構(gòu)。按附圖1，并按常規(guī)技術(shù)，可安裝電路、氣路、液路各系統(tǒng)制成本發(fā)明單對電池電化學發(fā)生器。運行時，空氣泵輸入空氣為120ml/min，陰極室壓力表讀數(shù)為表壓0.4MPa，陽極室為常壓，電極工作面積140cm2，恒電位1.5V直流電。其產(chǎn)生氣體氮氣純度為含氧量≤24ppm，氧氣純度為99.99%(不計水蒸汽)。
實例2 多對電池式純氮氧氣體電化學發(fā)生器以孔徑為1000 的石棉膜為微孔膜，以60目鎳網(wǎng)為陽極，以ECNA型多孔氣體擴散型氧電極為陰極，并制成孔徑φ2，梗距1，厚1mm的不銹鋼穿孔板與不銹鋼導(dǎo)電支撐條。附圖2是多對電池(2對)電槽構(gòu)成發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中15.穿孔板;16.支撐條。參照附圖2及實例1可安裝成2對的單極式電槽和發(fā)生器。在運行時，空氣泵輸入空氣300ml/min，陰極室壓力表14顯示表壓0.4MPa，電極工作面積280(140×2)cm2，恒電位1.5V直流電。其氮氣出口純度為99.99%，氧氣出口純度為99.99%(不計水蒸汽)。
實例3 單對電池純氮氧氣體電化學發(fā)生器按實施例1所述條件，分別采用800 鈦酸鉀膜和二氧化鈸膜代替800 的石棉膜為微孔膜制成本發(fā)明的發(fā)生器，其產(chǎn)生氣體氮氣純度含氧量≤24ppm，氧氣純度為99.99%(不計水蒸汽)。
由上述實例，本發(fā)明的發(fā)生器，使用微孔膜作氣室分隔板，可承受達1MPa的壓差而不發(fā)生竄氣現(xiàn)象，同時采用硬支撐結(jié)構(gòu)，使之構(gòu)成零極距的電極結(jié)構(gòu)，確保電極的穩(wěn)定工作，減少電能消耗，提高工作效率。同時，由于采用恒定電位≤1.5伏直流電，可完全避免陰極氫析出，提高產(chǎn)生氣體的純度。此外，該發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，造價低，工作穩(wěn)定，產(chǎn)氣體純度高，不但可組裝成小型氣體發(fā)生器，也可制成工業(yè)生產(chǎn)純氮、氧氣體的專用設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種利用恒電位電解法的氮、氧氣體電化學發(fā)生器，其特征在于它采用微孔膜作兩電極的分隔板，采用多孔氣體擴散型氧電極為陰極，鎳網(wǎng)為陽極，且電極安裝是采用硬支撐結(jié)構(gòu)，即在微孔膜兩側(cè)加有陰、陽電極，利用凹凸形平面支撐板和/或平面穿孔板與導(dǎo)電支撐條或?qū)щ娭螇|使之壓緊成硬支撐的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于恒定電位應(yīng)控制在≤1.5伏直流電。
3.按照權(quán)利要求1所述的發(fā)生器，其特征在于其微孔膜可采用孔徑為800～1000 的石棉膜，鈦酸鉀膜或二氧化鈦膜。
全文摘要
一種可制純氮、氧氣體的電化學發(fā)生器，是利用恒定電位電解法，控制電壓≤1.5V直流電。它采用微孔膜，例如石棉膜作為兩電極的分隔板，多孔氣體擴散型氧電極為陰極，鎳網(wǎng)為陽極，且電極安裝是采用硬支撐結(jié)構(gòu)。該發(fā)生器可在氮、氧氣室壓差(1MPa)下穩(wěn)定工作，可避免陰極氫析出，保證產(chǎn)生氣體的純度氮、氧都可達到99.99％，此外，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低，不但可裝成小型氣體發(fā)生器，也可組裝成工業(yè)生產(chǎn)用大型純氮、氧體制備裝置。
文檔編號C25B1/02GK1103439SQ9311593
公開日1995年6月7日 申請日期1993年11月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月27日
發(fā)明者衣寶廉, 張恩俊, 曲天錫, 程英才, 張新革 申請人:中國科學院大連化學物理研究所