专利名称：一种可制纯氮、氧气体的电化学发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电化学设备，具体地说是提供一种采用恒电位电解法，用于制备纯氮和氧气体的电化学发生装置。
已有的氢、氧及惰性气体的电化学发生器，大多以电解水的方法来制取氢和氧，并用空气制取氮，例如日本专利JP59，162，284所提供的技术。该发生器的电解槽采用阳离子交换膜和SPE电极，从水罐将水送进阳极室，充气泵把空气泵入阴极室，通过使空气中的氧在阴极选择性还原的办法制取氮。但这种设备需要昂贵的阳离子交换膜和SPE电极。也有报导(Ger(East)，85，336(cl，co 16)，20，Oct，1971，App.WP 121/145，000，19Jan.1970)，采用固体电解质构成的电槽，从空气中产生氮，并从水蒸汽中产生氢的方法。但这种方法除需价昂的固体电解质，尚需用输入水蒸汽。同时上述这些技术均是以电解水的方法来制取氢氧，因此耗电量大。
本发明的目的是提供一种结构简单的可制纯氧、氮的电化学发生器。该气体发生器既可小型化又可适应工业化生产需要制备纯氮、氧气体，其造价低，操作方便，能耗低。
为实现上述目的，本发明的电化学发生器对已有技术进行较大的改造，它利用恒电位电解方法，其特征在于它采用微孔膜作两电极的分隔板，可使氮氧气室在压差(可达1MPa)下稳定工作，其次，采用多孔气体扩散型氧电极为阴极，镍网为阳极，且电极安装采用金属材料制的凹凸形平面支撑板和/或平面穿孔板与导电支撑条或导电支撑垫的硬支撑法，即在微孔膜两侧加有阴、阳电极，采用上述硬支撑结构，使之两极构成零极距的电极结构，既确保电极的稳定工作，又可提高效率，降低能耗。此外，本发明采用的恒定电位应控制在≤1.5伏直流电，这样可避免阴极析出氢气，保证制备气体氮和氧的纯度都可达到99.99%以上。
上述本发明的电化学发生器，其微孔膜可采用孔径为800～1000 的石棉膜，钛酸钾膜或二氧化钛膜。其金属凹凸形平面支撑板和平面穿孔板可采用不锈钢加工，其凹形部分或孔部分的面积可占整个板面的20～70%。导电支撑条或导电支撑垫也可由不锈钢制成。本发明发生器可根据实际需要采用单对电极制备成小型纯氮、氧气体发生器，也可组装成多对电极的单极电槽，作为生产纯氮、氧的专业设备。下面通过实例对本发明的结构给予进一步的说明。
实例1 单对电池的纯氮氧气体电化学发生器以孔径800 的石棉膜为微孔膜，以60目镍网为阳极，以纯银的多孔气体氧电极为阴极。用不锈钢加工成凹凸形平面支撑板。附
图1是这种发生器的结构示意图，所示发生器为单极单对电槽。图中，1.微孔膜;2.阳极;3.多孔气体扩散型氧电极阴极;4.电解液进口;5.空气泵及空气进口;6.纯氮出口;7.电解液桶出口;8.阳极电解液及氧出口;9.电解液桶;10.电解液;11.纯氧出口;12.恒电位装置;13.凹凸形不锈钢支撑板;14.阴极室压力表。采用上述微孔膜、电极，并按附图1所示结构可安装成单极单对电槽，即在微孔膜两侧安置电极，利用凹凸形不锈钢支撑板夹紧电极成硬支撑电极结构。按附图1，并按常规技术，可安装电路、气路、液路各系统制成本发明单对电池电化学发生器。运行时，空气泵输入空气为120ml/min，阴极室压力表读数为表压0.4MPa，阳极室为常压，电极工作面积140cm2，恒电位1.5V直流电。其产生气体氮气纯度为含氧量≤24ppm，氧气纯度为99.99%(不计水蒸汽)。
实例2 多对电池式纯氮氧气体电化学发生器以孔径为1000 的石棉膜为微孔膜，以60目镍网为阳极，以ECNA型多孔气体扩散型氧电极为阴极，并制成孔径φ2，梗距1，厚1mm的不锈钢穿孔板与不锈钢导电支撑条。附图2是多对电池(2对)电槽构成发生器的结构示意图。图中15.穿孔板;16.支撑条。参照附图2及实例1可安装成2对的单极式电槽和发生器。在运行时，空气泵输入空气300ml/min，阴极室压力表14显示表压0.4MPa，电极工作面积280(140×2)cm2，恒电位1.5V直流电。其氮气出口纯度为99.99%，氧气出口纯度为99.99%(不计水蒸汽)。
实例3 单对电池纯氮氧气体电化学发生器按实施例1所述条件，分别采用800 钛酸钾膜和二氧化钹膜代替800 的石棉膜为微孔膜制成本发明的发生器，其产生气体氮气纯度含氧量≤24ppm，氧气纯度为99.99%(不计水蒸汽)。
由上述实例，本发明的发生器，使用微孔膜作气室分隔板，可承受达1MPa的压差而不发生窜气现象，同时采用硬支撑结构，使之构成零极距的电极结构，确保电极的稳定工作，减少电能消耗，提高工作效率。同时，由于采用恒定电位≤1.5伏直流电，可完全避免阴极氢析出，提高产生气体的纯度。此外，该发生器结构简单，造价低，工作稳定，产气体纯度高，不但可组装成小型气体发生器，也可制成工业生产纯氮、氧气体的专用设备。
权利要求
1.一种利用恒电位电解法的氮、氧气体电化学发生器，其特征在于它采用微孔膜作两电极的分隔板，采用多孔气体扩散型氧电极为阴极，镍网为阳极，且电极安装是采用硬支撑结构，即在微孔膜两侧加有阴、阳电极，利用凹凸形平面支撑板和/或平面穿孔板与导电支撑条或导电支撑垫使之压紧成硬支撑的联结结构。
2.按照权利要求1所述的发生器，其特征在于恒定电位应控制在≤1.5伏直流电。
3.按照权利要求1所述的发生器，其特征在于其微孔膜可采用孔径为800～1000 的石棉膜，钛酸钾膜或二氧化钛膜。
全文摘要
一种可制纯氮、氧气体的电化学发生器，是利用恒定电位电解法，控制电压≤1.5V直流电。它采用微孔膜，例如石棉膜作为两电极的分隔板，多孔气体扩散型氧电极为阴极，镍网为阳极，且电极安装是采用硬支撑结构。该发生器可在氮、氧气室压差(1MPa)下稳定工作，可避免阴极氢析出，保证产生气体的纯度氮、氧都可达到99.99％，此外，该设备结构简单，造价低，不但可装成小型气体发生器，也可组装成工业生产用大型纯氮、氧体制备装置。
文档编号C25B1/02GK1103439SQ9311593
公开日1995年6月7日 申请日期1993年11月27日 优先权日1993年11月27日
发明者衣宝廉, 张恩俊, 曲天锡, 程英才, 张新革 申请人:中国科学院大连化学物理研究所