利用空氣電極電化學(xué)制氧的研究.pdf

1、本文針對目前空氣電極電化學(xué)制氧技術(shù)中氧氣純度不穩(wěn)定、電解液結(jié)晶等問題，應(yīng)用化學(xué)滴定、純度測定、極化和SEM等測試方法，研究了隔膜對電化學(xué)制氧系統(tǒng)產(chǎn)氧純度的影響、電解液的碳酸化結(jié)晶以及過氧化氫離子（HO2-）對系統(tǒng)電化學(xué)性能的影響。并對制氧系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備出了具有高產(chǎn)氧純度和長使用壽命的電化學(xué)制氧裝置，為電化學(xué)制氧的實(shí)際應(yīng)用提供了一種新的技術(shù)途徑。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：系統(tǒng)產(chǎn)生的氧氣可以通過空氣電極中的氣孔和外界空氣發(fā)生交連，形成

2、連接電解槽內(nèi)外的氣體孔道，外界空氣可以通過這些孔道直接進(jìn)入制氧系統(tǒng)內(nèi)部，從而使氧氣純度降低。適當(dāng)隔膜的使用可以阻止氧氣向陰極擴(kuò)散，減小氧氣和外界空氣發(fā)生交連的幾率，從而可以有效提高氧氣純度。當(dāng)采用高目數(shù)尼龍網(wǎng)、塑料隔膜和尼龍布作為隔膜，并且空氣電極和金屬陽極之間間距為1.5mm左右時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)氧純度可由98％左右提高到99.6％以上。 MnO2催化劑的加入使空氣電極電化學(xué)反應(yīng)主要以4e反應(yīng)歷程進(jìn)行，減少HO2-的生成，從而有效的降

3、低電解液中HO2-濃度，消除HO2-的存在對系統(tǒng)產(chǎn)生的多種不利影響，有利于制氧系統(tǒng)使用壽命的提高。研究表明，與采用活性炭作為催化劑的空氣電極相比，系統(tǒng)采用以30％MnO2為催化劑的空氣電極作為陰極時(shí)，電解液中HO2-濃度從2.6g/L減至0g/L左右，HO2-分解所產(chǎn)生的氣體也大幅降低。 經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，以50mm2空氣電極為陰極、金屬鎳網(wǎng)為陽極、30％K2CO3溶液為電解液及20+400目尼龍網(wǎng)為隔膜組裝的制氧系統(tǒng)，在陰陽間距1