分腔式氫氧分離電解裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氫氧分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種分腔式氫氧分離電解裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，是相對分子質(zhì)量最小的物質(zhì)，氫是宇宙中含量最多的元素，氫氣的質(zhì)量只有空氣的1/14，即在0 1時，一個標準大氣壓下，氫氣的密度為0.0899 g/Lo
[0003]大量生物學研究表明，氫氣具有選擇性中和自由基和亞硝酸陰離子的作用，這是氫氣對抗氧化損傷治療疾病的基礎(chǔ)。研究表明，氫氣能治療的疾病類型非常多，例如惡性腫瘤、結(jié)腸炎、一氧化碳中毒后腦病、腦缺血、老年性癡呆、帕金森病、抑郁癥、脊髓損傷、皮膚過敏、2型糖尿病、急性胰腺炎、器官移植損傷、小腸缺血、系統(tǒng)炎癥反應(yīng)、放射損傷、視網(wǎng)膜損傷和耳聾等68多種疾病。盡管氫氣對人體具有潛在的治療疾病價值，但為了達到抗氧化的目的，如何使用氫氣仍是我們面臨的重要問題。目前使用氫氣的方式有3種，一是可以采用直接呼吸含有氫氣的混合氣體，二是飲用或注射含氫氣的溶液，三是經(jīng)過皮膚擴散和誘導(dǎo)大腸細菌產(chǎn)生氫氣。從使用和經(jīng)濟角度考慮，普通人飲用含氫氣的水是比較理想的方法。在日本、中國臺灣、香港等地被大量人群使用，氫氣將成為人類的健康保護神。如何制氫成為了人類需要解決的問題。
[0004]1972年，日本科學家fujishima和honda發(fā)現(xiàn)在外加電壓下用紫外線照射Ti02電極將水分解產(chǎn)生氫氣，首次揭示可利用太陽能分解水制氫氣的可能性。這種光電化學轉(zhuǎn)換過程利用太陽能通過光催化分解水產(chǎn)生氫氣，將能量密度低的太陽能轉(zhuǎn)換為具有高能量、密度、高效率的化學能，是一種理想的綠色制氫途徑，有望同時解決能源供給和環(huán)境污染的問題，因此該項技術(shù)是最具有理論研究意義和實際應(yīng)用前景。但是該技術(shù)在應(yīng)用過程中面臨一個問題:光電解在運行過程中產(chǎn)生的氣體如何進行在線分離呢。雖然這種方式利用光能源解決了氫氣的制備，但是還是無法得到純氫氣，在分離的過程中氫氣很容易與其他氣體混合，這種氣體有的有毒性，因此影響了氫氣的使用。
[0005]隨著經(jīng)濟的發(fā)展，后續(xù)出現(xiàn)了一種水電解得到氫氧的裝置，按國內(nèi)外現(xiàn)有的電解水分仍是采用Κ0Η或NaOH溶液后，以鉛鋅電極分解水溶液而得到氫氣和氧氣，所需要電子約3kw/h-5kw/h。這種分解方式不僅產(chǎn)氣量不足，最主要的是分解出的氫氣和氧氣無法分離，因此還是無法實現(xiàn)純氫氣的制備。
[0006]綜合上述描述，市面上急需一種能夠完成將氫氣和氧氣及其他氣體分離，得到純氫氣的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種分腔式氫氧分離電解裝置及其方法，將電解槽分隔成兩個完全隔離的腔體，由于實現(xiàn)了純氫氣的提取及氧氣等其他氣體的排出。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種分腔式氫氧分離電解裝置，包括電解槽、離子交換膜、控制電路板和鋰電池;所述離子交換膜的邊緣密封固定在電解槽的內(nèi)壁上，電解槽通過離子交換膜分隔后形成用于盛裝進行電解水的第一密封腔體和用于盛裝可飲用水的第二密封腔體，所述第一密封腔體位于離子交換膜的下方，所述第二密封腔體位于離子交換膜的上方;所述控制電路板和鋰電池均固定在電解槽的底端內(nèi)，且鋰電池與控制電路板電連接；
所述第一密封腔體內(nèi)固定有與離子交換膜相平行且位于其下方的正電極板，所述第二密封腔體內(nèi)固定有與離子交換膜相平行且位于其上方的負電極板，所述正電極板和負電極板均與控制電路板電連接;控制電路板通電工作后對第一密封腔體內(nèi)的電解水進行電解，電解后在正極板上產(chǎn)生氧氣，在負電極板上產(chǎn)生氫氣;通過離子交換膜的隔離后產(chǎn)生的氫氣不與氧氣混合，形成純氫氣；
所述離子交換膜呈傾斜狀固定在電解槽的內(nèi)壁上，電解槽的內(nèi)側(cè)壁與正電極板向上傾斜的一端形成一銳角；電解水靠近該銳角的水平面與正電極板及電解槽的內(nèi)側(cè)壁之間形成一氣體三角區(qū)；電解后氧氣及電解水中存在的氮氣均聚集在該氣體三角區(qū)后排出；通過氣體三角區(qū)的形成，可及時將第一密封腔體內(nèi)的氣體排出。
[0009]其中，該裝置還包括一單向閥，外部水管通過單向閥與第一密封腔體連接，且通過單向閥給第一密封腔體內(nèi)加水。
[0010]其中，所述電解槽的外表面鍍覆有一絕緣層。
[0011]其中，所述電解槽的內(nèi)徑為9cm左右。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種分腔式氫氧分離電解方法，包括以下步驟:步驟1，將正電極板和離子交換膜由下至上呈傾斜狀固定在電解槽的內(nèi)壁上;通過離子交換膜分隔后該電解槽形成用于盛裝進行電解水的第一密封腔體和用于盛裝可飲用水的第二密封腔體的兩個腔體；
步驟2，將負電極板固定在第二密封腔體內(nèi)，且位于離子交換膜上方;該正電極板、離子交換膜和負電極板三者位置相平行；
步驟3，控制電路板通電后，負電極板和正電極板開始進行電解;并在負電極板上產(chǎn)生氫氣，在正電極板上產(chǎn)生氧氣;通過離子交換膜的隔離后，產(chǎn)生的氫氣不會與氧氣混合，形成的是純氫氣；
步驟4，在第一密封腔體內(nèi)產(chǎn)生氣體的同時，通過血液透析原理，在正電極板與電解槽所形成的銳角處與電解水的水平面之間形成一氣體三角區(qū)，電解后氧氣及電解水中存在的氮氣均聚集在該氣體三角區(qū)后排出;通過氣體三角區(qū)將第一密封腔體內(nèi)的氣體及時排出。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的分腔式氫氧分離電解裝置及其方法，
1)通過在電解槽內(nèi)設(shè)置離子交換膜后將該電解槽分隔成兩個完全隔離的密封腔體，且在第一密封腔體內(nèi)放置正電極板，在第二密封腔體內(nèi)放置負電極板，電解時在負電極板上產(chǎn)生氫氣，在正電極板上產(chǎn)生氧氣；由于離子交換膜分隔離，可完全將電解后的氫氣和氧氣完全隔離，因此在第二密封腔體內(nèi)的氫氣為純氫氣，因此第二密封腔體內(nèi)的水可直接飲用；也可以將純氫氣排出收集，以備后續(xù)使用或配合其他使用。上述的改進，實現(xiàn)了氧氣及其他氣體與氫氣的完全分離，繼而實現(xiàn)了純氫氣的制取。
[0014]2)將離子交換膜呈傾斜狀固定在電解槽的內(nèi)壁上，電解槽的內(nèi)側(cè)壁與正電極板向上傾斜的一端形成一銳角；電解水靠近該銳角的水平面與正電極板及電解槽的內(nèi)側(cè)壁之間形成一氣體三角區(qū)；電解后氧氣及水中存在的氮氣均聚集在該氣體三角區(qū)后排出；該氣體三角區(qū)，該區(qū)域無需單獨設(shè)置，是根據(jù)血液透析原理形成的，電解得到的氧氣及電解水中原本存在的氮氣等其他氣體可自動運動至該氣體三角區(qū)，然后再排出；該設(shè)計，不僅能及時的排出氧氣等其他氣體，避免這些氣體無法排出而重回水中，對水造成污染;而且，可將氧氣等其他氣體及時帶動，完全杜絕這些氣體與氫氣混合，保證了氫氣的絕對純度。
[0015]3)本發(fā)明具有設(shè)計合理、操作便捷、成本低、制取純氫氣效果好等特點。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的分腔式氫氧分離電解裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的分腔式氫氧分離電解方法的步驟流程圖。
[0017]主要元件符號說明如下:
10、電解槽11、離子交換膜
12、控制電路板 13、鋰電池 14、第一密封腔體 15、第二密封腔體 16、正電極板17、負電極板
18、氣體三角區(qū)。
【具體實施方式】
[0018]為了更清楚地表述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地描述。
[0019 ]請參閱圖1，本發(fā)明的分腔式氫氧分離電解裝置，包括電解槽10、離子交換膜11、控制電路板12和鋰電池13;離子交換膜11的邊緣密封固定在電解槽10的內(nèi)壁上，電解槽10通過離子交換膜11分隔后形成用于盛裝進行電解水的第一密封腔體14和用于盛裝可飲用水的第二密封腔體15，第一密封腔體14位于離子交換膜11的下方，第二密封腔體15位于離子交換膜11的上方;控制電路板12和鋰電池13均固定在電解槽10的底端內(nèi)，且鋰電池13與控制電路板12電連接；
第一密封腔體14內(nèi)固定有與離子交換膜11相平行且位于其下方的正電極板16，第二密封腔體15內(nèi)固定有與離子交換膜11相平行且位于其上方的負電極板17，正電極板16和負電極板17均與控制電路板12電連接;控制電路板12通電工作后對第一密封腔體14內(nèi)的電解水進行電解，電解后在正極板16上產(chǎn)生氧氣02，在負電極板17上產(chǎn)生氫氣H2;通過離子交換膜11的隔離后產(chǎn)生的氫氣不與氧氣混合，形成純氫氣；
離子交換膜11呈傾斜狀固定在電解槽10的內(nèi)壁上，電解槽10的內(nèi)側(cè)壁與正電極板16向上傾斜的一端形成一銳角；電解水靠近該銳角的水平面與正電極板16及電解槽10的內(nèi)側(cè)壁之間形成一氣體三角區(qū)18;電解后氧氣及電解水中存在的氮氣均聚集在該氣體三角區(qū)18后排出;通過氣體三角區(qū)18的形成，可及時將第一密封腔體14內(nèi)的氣體排出。
[0020]相較于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明提供的分腔式氫氧分離電解裝置，具有如下有益效果: 1)通過在電解槽10內(nèi)設(shè)置離子交換膜11后將該電解槽10分隔成兩個完全隔離的密封腔體，且在第一密封腔體14內(nèi)放置正電極板16，在第二密封腔體15內(nèi)放置負電極板17，電解時在負電極板17上產(chǎn)生氫氣，在正電極板16上產(chǎn)生氧氣；由于離子交換膜11分隔離，可完全將電解后的氫氣和氧氣完全隔離，因此在第二密封腔體內(nèi)的氫氣為純氫氣，因此第二密封腔體內(nèi)