专利名称：一种制氧方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制氧方法及装置技术，具体为用电化学方法制造氧气的方法及装置技术，国际专利分类号拟为Int.Cl7.C25B 1/02。
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，通过化学反应，将药品中蕴藏的氧气释放出来。该种制氧技术，使用方便，不消耗能源，偶尔使用成本很低。但是此类技术存在以下缺点首先是制氧量有限，一次投料，仅能维持10--15分钟的氧气量，且氧气释放曲线不平缓。不适应长时间吸氧的需要，如抢救病人等场合；二是使用麻烦，由于制氧量有限，一般使用时需要不断更换药品和液体，操作和使用很麻烦；三是长期使用时成本很高；四是该技术只适用于家庭的个人吸氧，不适用于汽车、空调等封闭生活空间的持续增氧处理。
专利ZL85109247介绍了一种复合分解制氧技术。它通过电解液和有机金属络合氧载体联合作用来制氧。该技术工艺较复杂，制氧量低，成本高，且对环境有一定的污染。专利ZL00246155.2介绍了一种变压吸附制氧技术。该技术虽可以连续循环制取氧气，但氧气纯度低，运行有噪音，成本也较高。
近年来，电化学反应制氧技术受到很大的重视。该技术是通过空气膜的电化学反应，将空气中的氧气分离出来的制氧技术，具有操作迅速，无污染、效率高，连续使用成本低、使用范围广等优点。这类技术以专利ZL93115931.8、ZL95116569.0、ZL99238206.8等为代表。但是，这些技术都是采用高浓度碱性电解液(KOH溶液)来制氧，存在一定的危险性，且电解液在空气中会发生碳酸化，实际应用受到很大限制。常规方法制造的空气阴极存在易漏液、易损坏、放电电流密度小、催化活性不高等缺点。专利文献99119555.8提出了使用盐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)极易产生脱落、脱溶或水解等变化，造成产品性能的不稳定和下降。
本发明解决所述制氧方法技术问题的技术方案是设计一种制氧方法，采用电化学制氧系统，包括氧气发生器和氧气输送系统，所述氧气发生器包括电源、空气阴极、金属阳极、电解液和电解槽；所述空气阴极采用催化膜/金属网/防水透气膜结构经压力机压制而成；所述的金属网为40--80目的不锈钢网或镍网；其特征在于所述的催化膜是由60％的聚四氟乙烯乳液和载银活性炭混合轧制而成，其重量比为1∶4--1∶1，厚度为0.1--0.4mm，银粉在活性炭上的担载量为5--50mg/cm2；所述的防水透气膜是由60％的聚四氟乙烯乳液和疏水性乙炔黑混合轧制而成，其重量比为4∶1--1∶1，厚度为0.2--2mm；所述电解液中电解质的配制重量百分浓度为5--30％；所述电解质为氢氧化钾/碳酸钠/碳酸钾的混合物，其重量比为2--4∶4--3∶4--3。
本发明解决所述制氧装置技术问题的技术方案是设计一种制氧装置，包括电源和空气阴极、金属阳极、电解液和电解槽组成的氧气发生器；还包括输氧管和鼻吸管的氧气输送系统，其特征在于所述的空气阴极采用本发明方法所述的空气阴极；所述的电解液采用本发明方法所述的电解液。
本发明制氧方法设计了所述的空气阴极和电解液以及相应的制氧装置。与现有技术相比，本发明方法和装置具有氧气质量高，运行安全可靠，空气阴极耐久性好，寿命长，无污染，可持续制氧等优点。
本发明的进一步目的是提高氧气的质量和功能性，以提高保健治疗的功效。为实现这一目的，本发明的进一步特征是在所述氧气发生器和氧气输送系统之间加入复式水洗系统，还可以进一步加入以活化陶瓷片，可以连续生产含有大量负离子和活化水蒸气分子的氧气，更加有益于人体健康。
图5为本发明制氧装置使用的空气阴极结构示意图，其中(a)为单层催化膜2-1空气阴极结构示意图，(b)为双层催化膜2-1空气阴极结构示意图；图6为本发明制氧装置含有并联电解槽和复式水洗系统实施例示意图；图7为本发明制氧装置含有并联电解槽和复式水洗系统，并在复式水洗系统洗气瓶内加有活化陶瓷片的实施例示意图；图8为本发明制氧装置复式水洗系统洗气瓶内安装的开有工艺孔的入水氧气管示意图；图9为本发明制氧装置在图7实施例基础上加装空气泵的实施例示意图。
本发明方法的进一步特征是所述的空气阴极2采用双重催化膜结构的空气阴极2，即采用催化膜2-1/催化膜2-1/金属网2-2/防水透气膜2-3结构经压力机压制而成的空气阴极2(参见图5b)。这种双层催化膜空气阴极2，可以有效扩大反应区面积，增强电化学催化反应的制氧效果，并有效提高使用寿命。根据需要，本发明的每个电解槽16可以设计成单面为空气阴极2，或者双面为空气阴极2；根据需要，电解槽16可以经并联或者串联后组成电解槽组16(如图6、7、9所示)，以增大氧气释放量，扩大电化学反应制氧系统规模。电解槽16串并联的数量根据制氧装置设计要求而定。
本发明还对输氧系统管路的进行了抗菌设计其特征在于所述输氧管8和鼻吸管9的材料常规配方中加入1--5％的纳米无机抗菌剂，制成具有抗菌效果的输氧管8和鼻吸管9。所述的纳米无机抗菌剂包括载有0.5wt％银和0.25wt％稀土氧化物的纳米二氧化钛，其中纳米二氧化钛的平均粒径为20-40nm。；稀土氧化物为氧化铈、氧化钐、氧化钕中的一种或几种。文献表明，含有纳米无机抗菌剂的材料，可以对金黄色葡萄球菌的杀抑率达到95％以上。将其采用在输氧管路抗菌设计中。可有效的保持了常与人体接触部件(特别是鼻吸管9)的清洁卫生，并益于这些部件的循环反复使用。所述材料中采用银的作用是强化杀菌效果.而稀土元素的作用是引入新的能级，强化纳米二氧化钛的可见光催化效果。
为了提高制取氧气的功能和质量，本发明所述制氧方法的进一步特征是所述氧气发生器10和输氧系统15(所述输氧管8和鼻吸管9)之间加入复式水洗系统11(参见图2、6)，或者在复式水洗系统11中的洗气瓶6内进一步加入活化陶瓷片14(参见图7、9)。本发明采用具有远红外辐射、可以释放负离子功能的特殊陶瓷材料制成所述的活化陶瓷片14，加入到洗气瓶6中，可以强化负离子释放效果，并具有显著的活化水功能，可以将氧气中水分子由10个以上分子的缔合状态活化成5-6个水分子缔合的活化水状态。所述活化陶瓷片14的重量百分比配方是电气石5--40％、氧化锆1--10％、氧化钛5--15％、氧化铝5--15％、膨润土3--10％和余量的粘土。
本发明制氧装置(参见图4)主要包括氧气发生器10以及输氧系统15的输氧管8和鼻吸管9。氧气发生器10包括电解槽16、其内平行排列的空气阴极2和金属阳极4以及充满它们之间电解液3。电源1的正负极分别与氧气发生器10的金属阳极4和空气阴极2相连接。氧气发生器10的氧气输出端与所述的输氧管8和鼻吸管9连接。本发明氧气发生器10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1--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。本发明氧气发生器10的金属阳极4材料可采用304不锈钢表面喷沙后镀镍，或点焊60--100目镍网，或热镀锌钢板表面镀镍制成。这与现有技术没有本质区别。但空气阴极2与现有技术不同.本发明装置空气阴极2的特征在于采用催化膜2-1/催化膜2-1/金属网2-2/防水透气膜2-3结构经压力机压制而成的双催化膜结构的空气阴极2(参见图5)；所述的催化膜是由60％的聚四氟乙烯乳液和载银活性炭混合轧制而成，其重量比为1∶4--1∶1，厚度为0.1--0.4mm，采用还原反应或热分解法制得的1-10微米的超细银粉在活性炭上的担载量为5--50mg/cm2；所述的防水透气膜2-3是由60％的聚四氟乙烯乳液和疏水性乙炔黑混合轧制而成，其重量比为4∶1--1∶1，厚度为0.2--2mm。所述的金属网2-3为40--80目的不锈钢网或镍网.不锈钢网或镍网是复合阴极2的支撑骨架和电流通道。氧气发生器10的每个电解槽16可以设计成单面为空气阴极2，也可设计成双面为空气阴极2。根据需要，电解槽16可以经并联或者串联后组成电解槽组16，从而增大氧气释放量，扩大系统规模，满足用氧需要。
本发明制氧装置的进一步特征是在所述的输氧管8和鼻吸管9采用本发明方法所述含有纳米无机抗菌剂的输氧管8和鼻吸管9。
为提高氧气净化质量，本发明进一步特征是在所述氧气发生器10与输氧管8和鼻吸管9之间连接有复式水洗系统11，所述的复式水洗系统11包括储液槽5、洗气瓶6和入水氧气管7(参见图6、7、9)。设计复式水洗系统11是为了采用了复式水洗技术使氧气通过特殊的工艺水洗后，产生大量的空气负离子。所谓的负离子，是空气中带负电的的氧分子或水分子，被称为“空气维生素”，是衡量空气质量的重要指标。所述的特殊的工艺是指，首先将氧气发生器10产生的氧气以一定的流速通过储液槽5中的电解液3，经短暂储存后，再以略高些的速度通过洗气瓶6中的另一层液体(水)。上述两液体的液面高度均大于50mm。实验表明，当流量和流速比值在一定范围(约3×10-5∶1，国际单位制)时可以产生大量负离子。研究表明，当所述洗气瓶6内安装的入水氧气管7在其末端1cm范围内开有4-10个工艺孔12(参见图8，9)，且工艺孔12直径为入水氧气管7直径的1/5-1/10时，空气负离子发生量达到最大值。此时氧气中空气负离子量约为200-400个/cm3。
为适应人们关注健康、向往生态和高品质生活要求，本发明制氧装置还可在所述复式水洗系统11中的洗气瓶6内加入活化陶瓷片14(参见图7、9)。活化陶瓷片14由所述的本发明方法规定。当氧气从活化水中通过时，将携带饱和水蒸气，此时的水蒸气分子处于活化状态，被人体吸收后，有利于人体的新陈代谢，可进一步促进人体健康。
本发明还可在洗气瓶6处接入空气泵13。该空气泵13输入的空气与氧气发生器10输出的纯氧混合成富氧空气，共同经输氧管8和鼻吸管9输出，可以增大气体输出量，满足不同使用者的需要。
本发明方法和装置较佳实施例是包括氧气发生器10、复式水洗系统11、活化陶瓷片14和抗菌的氧气输送系统15(参见图9)。其中氧气发生器10，安全可靠，可连续制氧；复式水洗系统11可加入有益于人体健康的空气负离子，净化氧气，提高氧气质量；活化陶瓷片14可在氧气中加入活化水分子，进一步提高氧气的品质，从而释放健康生态型氧气，可以大幅度提高吸氧的功效。而抗菌的氧气输送系统15可以清洁卫生地向使用者供氧，没有二次污染并方便使用。如果需要富氧空气，则可进一步在本实施例的洗气瓶6处接入空气泵13(参见图9)。
另外需要说明是，目前申请人尚未见到在制取氧气中加入负离子或/和活化水分子等对人体健康有益成分的文献报道。
经以上设计，本发明方法及装置可以产生含有负离子和活化水蒸气分子的氧气流。它具有显著的健康生态功能，可以用于普通人的健康保健、也可以用于病人的治疗护理以及特定氧气需要，如脑力工作者的提神醒脑、房间、汽车、船舱等密闭生活空间的增氧处理等。
下面给出本发明具体实施例
权利要求
1.一种制氧方法，采用电化学制氧系统，包括氧气发生器(10)和氧气输送系统(15)，所述氧气发生器(10)包括电源(1)，空气阴极(2)、金属阳极(4)、电解液(3)组成的电解槽(16)；所述空气阴极(2)采用催化膜(2-1)/金属网(2-2)/防水透气膜(2-3)结构经压力机压制而成；所述的金属网(2-2)为40--80目的不锈钢网或镍网；其特征在于所述的催化膜(2-1)是由60％的聚四氟乙烯乳液和载银活性炭混合轧制而成，其重量比为1∶4--1∶1，厚度为0.1--0.4mm，银粉在活性炭上的担载量为5--50mg/cm2；所述的防水透气膜(2-3)是由60％的聚四氟乙烯乳液和疏水性乙炔黑混合轧制而成，其重量比为4∶1--1∶1，厚度为0.2--2mm；所述电解液(3)中电解质的配制重量百分浓度为5--30％；所述电解质为氢氧化钾/碳酸钠/碳酸钾的混合物，其重量比为(2--4)∶(4--3)∶(4--3)。
2.根据权利要求1所述的制氧方法，其特征在于所述的空气阴极(2)采用催化膜(2-1)/催化膜(2-1)/金属网(2-2)/防水透气膜(2-3)结构经压力机压制而成的空气阴极(2)。
3.根据权利要求2所述的制氧方法，所述的氧气输送系统(15)包括输氧管(8)和鼻吸管(9)，其特征在于所述输氧管(8)和鼻吸管(9)的材料常规配方中加入1--5wt％的纳米无机抗菌剂，所述纳米无机抗菌剂包括载有0.5wt％银和0.25wt％稀土氧化物的纳米二氧化钛，其中纳米二氧化钛的粒径为20--40nm；稀土氧化物为氧化铈、氧化钐、氧化钕中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的制氧方法，其特征在于在所述氧气发生器(10)和氧气输送系统(15)之间加入复式水洗系统(11)，复式水洗系统(11)包括储液槽(5)、洗气瓶(6)和入水氧气管(7)，将氧气发生器(10)制得的氧气首先以一定的流速通过储液槽(5)，经短暂储存后，再通过装有一定水的洗气瓶(6)；所述储液槽(5)中的液体为所述的电解液(3)。
5.根据权利要求4所述的制氧方法，其特征在于在所述洗气瓶(6)中还加入有活化陶瓷片(14)，所述活化陶瓷片(14)的重量百分比配方是电气石5--40％、氧化锆1--10％、氧化钛5--15％、氧化铝5--15％、膨润土3--10％和余量的粘土。
6.一种采用电化学制氧系统的制氧装置，包括氧气发生器(10)和氧气输送系统(15)，所述氧气发生器(10)包括电源(1)，空气阴极(2)、金属阳极(4)、电解液(3)组成的电解槽(16)；氧气输送系统(15)包括输氧管(8)和鼻吸管(9)，其特征在于所述的空气阴极(2)采用权利要求2所述的空气阴极(2)；所述的电解液(3)采用权利要求1所述的电解液(3)。
7.根据权利要求6所述的制氧装置，其特征在于所述氧气发生器(10)与氧气输送系统(15)之间连接有复式水洗系统(11)，所述复式水洗系统(11)包括储液槽(5)、洗气瓶(6)和入水氧气管(7)；所述的输氧管(8)和鼻吸管(9)采用权利要求3所述含有纳米无机抗菌剂的输氧管(8)和鼻吸管(9)。
8.根据权利要求7所述的制氧装置，其特征在于在所述洗气瓶(6)中放置有由权利要求5所述的活化陶瓷片(14)。
9.根据权利要求7或8所述的制氧装置，其特征在于所述洗气瓶(6)中入水氧气管(7)的末端1cm范围内开有4-10个工艺孔(12)，工艺孔(12)直径为入水氧气管(7)直径的1/5-1/10。
10.根据权利要求9所述的制氧装置，其特征在于在洗气瓶(6)上连接有空气泵(13)。
全文摘要
本发明涉及制氧方法及装置。制氧方法采用电化学制氧系统，空气阴极采用催化膜/金属网/防水透气膜结构压制而成，其特征在于催化膜是由60％的聚四氟乙烯乳液和载银活性炭混合轧制而成，重量比为1∶4－1∶1，厚度为0.1－0.4mm，银粉在活性炭上的担载量为5－50mg/cm
文档编号C25B1/10GK1475606SQ0312096
公开日2004年2月18日 申请日期2003年3月26日 优先权日2003年3月26日
发明者梁广川, 梁金生, 欧秀芹, 李昌隆, 陈忠南 申请人:河北工业大学