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JP2002128508A - Oxygen production method and apparatus - Google Patents

Oxygen production method and apparatus

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Publication number
JP2002128508A
JP2002128508A JP2000316460A JP2000316460A JP2002128508A JP 2002128508 A JP2002128508 A JP 2002128508A JP 2000316460 A JP2000316460 A JP 2000316460A JP 2000316460 A JP2000316460 A JP 2000316460A JP 2002128508 A JP2002128508 A JP 2002128508A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxygen
electrode
electrolyte
hydrogen peroxide
metal oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000316460A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Tonomura
正 外邨
Takeo Osaka
武男 大坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2000316460A priority Critical patent/JP2002128508A/en
Publication of JP2002128508A publication Critical patent/JP2002128508A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オンサイトで必要なときに、安全かつ簡便
に、少量の電力で酸素を効率よく製造することができる
酸素の製造方法および製造装置を提供する。 【解決手段】 酸素を含有する原料気体から電解により
過酸化水素を生成させ、連続して前記過酸化水素を金属
酸化物の存在下で分解して酸素を生成させる。
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an oxygen production method and a production apparatus capable of producing oxygen efficiently and safely with a small amount of electric power when required on-site. SOLUTION: Hydrogen peroxide is generated from an oxygen-containing raw material gas by electrolysis, and the hydrogen peroxide is continuously decomposed in the presence of a metal oxide to generate oxygen.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、空気などの酸素を
含む原料気体から選択的に酸素を分離する方法および装
置、すなわち酸素の製造方法および製造装置に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for selectively separating oxygen from a raw material gas containing oxygen such as air, that is, a method and an apparatus for producing oxygen.

【0002】[0002]

【従来の技術】酸素は、救急医療用および登山等のスポ
ーツ用の酸素マスク、酸素および水素や都市ガスなどの
燃料ガスを用いる酸素バーナ、酸素富化燃焼装置、魚類
の養殖、熱帯魚など鑑賞魚の移送、燃料電池の酸化剤な
どに用いられており、需要も多い。
2. Description of the Related Art Oxygen is used for oxygen masks for emergency medical treatment and sports such as mountain climbing, oxygen burners using oxygen and fuel gas such as hydrogen and city gas, oxygen-enriched combustion equipment, fish farming, and tropical fish. It is used as an oxidizing agent for transportation and fuel cells, and is in great demand.

【0003】酸素の製造方法としては、(1)空気を液
化して分別蒸留する方法、(2)水の電解を行う方法、
(3)過酸化水素などの過酸化物をMnO2などの触媒
の存在下で分解する方法、および(4)過マンガン酸塩
をアルカリ水溶液で分解する方法が従来から知られてい
る。
As methods for producing oxygen, (1) a method of liquefying air for fractional distillation, (2) a method of electrolyzing water,
(3) A method of decomposing a peroxide such as hydrogen peroxide in the presence of a catalyst such as MnO 2 , and (4) a method of decomposing a permanganate with an aqueous alkali solution are conventionally known.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の酸素の製造
方法には以下のような問題がある。(1)の方法は、空
気を液化するための冷却装置、分別蒸留のための蒸留装
置など、大型の装置が必要であり、酸素の使用場所(オ
ンサイト)での製造は困難である。
The above-mentioned conventional method for producing oxygen has the following problems. The method (1) requires a large-sized device such as a cooling device for liquefying air and a distillation device for fractional distillation, and it is difficult to produce oxygen at a place of use (on-site).

【0005】(2)の方法は、1.23V以上の電圧で
水の電解を行う必要があるため、多量の電力を要する。
また、副生成物として爆発性の水素が発生するため、こ
れを安全に捕集して保存するための装置または安全に散
逸するための装置が必要であり、やはり製造装置が大型
になるという難点がある。
The method (2) requires a large amount of electric power because it is necessary to electrolyze water at a voltage of 1.23 V or more.
In addition, since explosive hydrogen is generated as a by-product, a device for safely collecting and storing this or a device for safely dissipating it is necessary, which also makes the manufacturing device large. There is.

【0006】(3)および(4)の方法では、オンサイ
トでの酸素の製造が可能であるが、化学的に不安定な過
酸化物や酸化力の強い過マンガン酸カリウムなどの化学
物質を安全に保存するための設備等が必要であるという
難点がある。
According to the methods (3) and (4), on-site production of oxygen is possible, but a chemical substance such as a chemically unstable peroxide or potassium manganate having a strong oxidizing power is used. There is a drawback that equipment for safe storage is required.

【0007】本発明は、これらの問題を解決し、少ない
電力で、かつ、不安定な化学物質を保存するための設備
等を必要としないで、簡便で安全なオンサイトでの酸素
の製造を可能にする方法および装置を提供することを目
的とする。
The present invention solves these problems and provides a simple and safe on-site production of oxygen with little power and without the need for equipment for storing unstable chemicals. It is an object to provide a method and a device enabling this.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、酸素を含有す
る原料気体から電解により過酸化水素を生成させ、前記
過酸化水素を金属酸化物の存在下で分解して酸素を生成
させる工程を有する酸素の製造方法に関する。前記金属
酸化物は、マンガン酸化物であることが好ましい。
According to the present invention, there is provided a process for producing hydrogen peroxide from an oxygen-containing raw material gas by electrolysis and decomposing the hydrogen peroxide in the presence of a metal oxide to produce oxygen. The present invention relates to a method for producing oxygen. The metal oxide is preferably a manganese oxide.

【0009】本発明は、また、(1)電解液流路、
(2)前記電解液流路の上流側に設置され外部から酸素
を取り入れて電解液と接触させる酸素供給部、(3)前
記酸素供給部に隣接して設置され電解液中に含まれた酸
素を電解還元して過酸化水素を生成させる電極(カソー
ド)、(4)前記電極の対極(アノード)、(5)前記
電極と前記対極との間に電圧を印加するための電源、
(6)前記電解液流路の前記電極より下流側に設置され
電解液中に含まれた過酸化水素を分解して酸素を生成さ
せる金属酸化物、ならびに(6)前記電解液流路の前記
金属酸化物より下流側に設置され電解液中に含まれた酸
素を取り出す酸素分離部を有する酸素の製造装置に関す
る。前記電解液は、アルカリ性水溶液であることが好ま
しい。前記電極は、ガラス状炭素からなることが好まし
い。前記金属酸化物は、マンガン酸化物であることが好
ましい。
The present invention also provides (1) an electrolyte solution flow path,
(2) an oxygen supply unit installed upstream of the electrolyte solution flow path to take in oxygen from the outside and come into contact with the electrolyte solution; and (3) oxygen installed in the electrolyte solution and installed adjacent to the oxygen supply unit. (Cathode) for electrolytic reduction of hydrogen to generate hydrogen peroxide, (4) a counter electrode (anode) of the electrode, (5) a power supply for applying a voltage between the electrode and the counter electrode,
(6) a metal oxide that is provided downstream of the electrode in the electrolyte flow path and decomposes hydrogen peroxide contained in the electrolyte to generate oxygen; and (6) the metal oxide in the electrolyte flow path The present invention relates to an oxygen production apparatus which is provided downstream of a metal oxide and has an oxygen separation unit for extracting oxygen contained in an electrolytic solution. The electrolyte is preferably an alkaline aqueous solution. The electrode is preferably made of glassy carbon. The metal oxide is preferably a manganese oxide.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】本発明の酸素の製造方法において
は、空気などの酸素を含有する気体を原料として用い
る。このような原料気体を電解液に含ませて電解を行う
と、カソード側では、 2H2O+O2(原料ガス中)+2e- → H22+2
OH- の酸素還元反応により過酸化水素(H22)が生成す
る。一方、アノード側では、 2OH- → H22+2e- の酸化反応が起こって過酸化水素が生成する。すなわ
ち、酸素を含有する気体を電解液中で電解すると、全体
として式(1): H2O+1/2O2 → H22 (1) の反応が進行して過酸化水素が生成する。生成した過酸
化水素を金属酸化物と接触させると、式(2): 2H22+(金属酸化物)→ O2+2H2O (2) の反応が起こり、過酸化水素が分解して酸素が生成す
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the method for producing oxygen of the present invention, a gas containing oxygen such as air is used as a raw material. When electrolysis is carried out by including such a source gas in the electrolyte, on the cathode side, 2H 2 O + O 2 (in the source gas) + 2e → H 2 O 2 +2
OH - hydrogen peroxide (H 2 O 2) generated by oxygen reduction reactions. On the other hand, on the anode side, an oxidation reaction of 2OH → H 2 O 2 + 2e occurs to generate hydrogen peroxide. That is, when a gas containing oxygen is electrolyzed in the electrolytic solution, the reaction represented by the following formula (1): H 2 O + / O 2 → H 2 O 2 (1) proceeds as a whole, and hydrogen peroxide is generated. When the generated hydrogen peroxide is brought into contact with the metal oxide, a reaction of the formula (2): 2H 2 O 2 + (metal oxide) → O 2 + 2H 2 O (2) occurs, and the hydrogen peroxide is decomposed. Oxygen is produced.

【0011】本発明の酸素の製造方法においては、前記
式(1)および(2)の反応を連続的に進行させる。す
なわち、空気などの酸素を含む原料気体から過酸化水素
を生成させ、その後、ただちに生成した過酸化水素を金
属酸化物の触媒作用により分解し、その際に生成した酸
素を回収する。従って、必要なときに安全に、かつ、安
定して酸素を製造することが可能である。
In the method for producing oxygen of the present invention, the reactions of the above formulas (1) and (2) are allowed to proceed continuously. That is, hydrogen peroxide is generated from a raw material gas containing oxygen such as air, and then the generated hydrogen peroxide is immediately decomposed by the catalytic action of a metal oxide, and the oxygen generated at that time is recovered. Therefore, it is possible to safely and stably produce oxygen when needed.

【0012】カソード側での反応は、例えば0.1N
(N:規定度)のアルカリ性水溶液中では、Ag/Ag
Cl基準電極に対して約マイナス0.2Vの電位で行う
ことができる。一方、アノード側での反応は、前記基準
電極に対して約プラス0.2Vの電位で行うことができ
る。したがって、カソードとアノードからなる電極対に
は少なくとも0.5Vの電圧を加えればよく、水の電気
分解に比べると約3分の1の電圧で電解を行うことがで
きる。
The reaction on the cathode side is, for example, 0.1 N
Ag / Ag in an alkaline aqueous solution (N: normality)
It can be performed at a potential of about minus 0.2 V with respect to the Cl reference electrode. On the other hand, the reaction on the anode side can be performed at a potential of about plus 0.2 V with respect to the reference electrode. Therefore, a voltage of at least 0.5 V only needs to be applied to the electrode pair consisting of the cathode and the anode, and electrolysis can be performed at a voltage that is about one third as compared with electrolysis of water.

【0013】電解を行うためのカソードおよびアノード
としては、導電性材料からなるものを用いればよい。前
記導電性材料としては、例えば、金属、金属酸化物、金
属水酸化物、金属硫化物、炭素材料、導電性高分子など
を挙げることができる。これらのうちでは、電解を行う
電位領域を考慮すると、約0.5Vの電圧でそれ自身が
酸化または還元されない炭素材料や金属が好ましい。な
かでも炭素材料としてはガラス状炭素、活性炭などが好
ましく、金属としては白金、金、ルテニウム、チタン、
ステンレス鋼などが好ましい。
A cathode and an anode for electrolysis may be made of a conductive material. Examples of the conductive material include metals, metal oxides, metal hydroxides, metal sulfides, carbon materials, and conductive polymers. Among these, carbon materials and metals that are not oxidized or reduced by themselves at a voltage of about 0.5 V are preferable in consideration of a potential region where electrolysis is performed. Among them, the carbon material is preferably glassy carbon, activated carbon, and the like, and the metal is platinum, gold, ruthenium, titanium,
Stainless steel is preferred.

【0014】過酸化水素を分解する金属酸化物として
は、MnO2、Mn23、Mn34、Mn58などのマ
ンガン酸化物、酸化白金、酸化ルテニウム、SrTiO
3、SrxCu1-xTiO3(x=0〜0.5)などのペロ
ブスカイト型の酸化物などを用いることができる。なか
でもマンガン酸化物は過酸化水素を分解させる触媒活性
が高く、劣化が起こりにくく、かつ、安価である点で好
ましい。マンガン酸化物としては、使用後のマンガン乾
電池のMnO2正極をそのままあるいは焼成して用いる
ことができるので、資源再利用の観点からも特に好まし
い。
Examples of metal oxides that decompose hydrogen peroxide include manganese oxides such as MnO 2 , Mn 2 O 3 , Mn 3 O 4 , and Mn 5 O 8 , platinum oxide, ruthenium oxide, SrTiO 2.
3 , a perovskite oxide such as Sr x Cu 1-x TiO 3 (x = 0 to 0.5) can be used. Among them, manganese oxide is preferable because it has a high catalytic activity for decomposing hydrogen peroxide, hardly deteriorates, and is inexpensive. As the manganese oxide, the MnO 2 positive electrode of the used manganese dry battery can be used as it is or after baking, and thus is particularly preferable from the viewpoint of resource recycling.

【0015】電解に用いる電解液としては、溶質を含む
水溶液や非水溶液が好ましい。なかでも酸素の溶解度が
大きく、かつ、酸素の拡散が速いことから電極反応を効
率よく起こすことができる点で、1N以下の低濃度のア
ルカリ性水溶液が好ましい。
As the electrolytic solution used for the electrolysis, an aqueous solution containing a solute or a non-aqueous solution is preferable. Among them, a low-concentration alkaline aqueous solution of 1 N or less is preferable because the solubility of oxygen is high and the diffusion of oxygen is fast, so that an electrode reaction can be efficiently caused.

【0016】次に、本発明の酸素の製造方法を実施する
のに好適な酸素の製造装置の一例について図1を参照し
ながら説明する。図1の酸素の製造装置の場合、ポンプ
10によって電解液が巡廻する閉鎖された電解液流路3
の上流側に酸素供給部が設置されている。図1中の矢印
4は電解液の進行方向を示している。酸素供給部は、外
部から酸素を含む原料気体を取り入れるための取り入れ
口6、および取り入れ口と電解液流路との間に介在する
酸素透過膜7を具備している。
Next, an example of an apparatus for producing oxygen suitable for carrying out the method for producing oxygen of the present invention will be described with reference to FIG. In the case of the apparatus for producing oxygen shown in FIG. 1, the closed electrolyte flow path 3 around which the electrolyte is circulated by the pump 10.
An oxygen supply unit is installed on the upstream side of. The arrow 4 in FIG. 1 indicates the traveling direction of the electrolytic solution. The oxygen supply unit includes an intake 6 for taking in a source gas containing oxygen from the outside, and an oxygen permeable membrane 7 interposed between the intake and the electrolyte flow path.

【0017】酸素透過膜は、酸素等のガスを選択的に通
過させる性質を有するため、電解液流路から電解液がこ
の膜を通過して外部に漏れることはない。原料気体中の
酸素は、この酸素透過膜を通過し、膜と隣接する電極内
に拡散するとともに電解液と接触する。
Since the oxygen-permeable film has a property of selectively passing a gas such as oxygen, the electrolyte does not leak out of the electrolyte flow path through the membrane. Oxygen in the source gas passes through the oxygen permeable membrane, diffuses into the electrode adjacent to the membrane, and contacts the electrolyte.

【0018】電解液流路の酸素供給部に隣接する位置に
は、前記式(1)の反応を進行させるための電極1aお
よび対極1bからなる電極対が設置されている。電極1
aおよび対極1bはそれぞれ電源5と接続されており、
電極対間に0.5V程度の電圧を印加できるようになっ
ている。
An electrode pair consisting of an electrode 1a and a counter electrode 1b for promoting the reaction of the above formula (1) is provided at a position adjacent to the oxygen supply section of the electrolyte solution flow path. Electrode 1
a and the counter electrode 1b are connected to the power source 5, respectively.
A voltage of about 0.5 V can be applied between the electrode pairs.

【0019】酸素透過膜7は、図1に示されるように酸
素の還元反応を行う電極1aと一体化させることが、効
率よく電解液と酸素とを接触させることができる点で好
ましい。酸素透過膜としては、例えば、フッ素樹脂から
なる撥水性の多孔質膜、酸素を選択的に透過させる性質
を有するシリコーン樹脂からなる膜等を用いることがで
きる。
As shown in FIG. 1, it is preferable that the oxygen permeable membrane 7 is integrated with the electrode 1a that performs the oxygen reduction reaction, because the electrolyte and the oxygen can be efficiently brought into contact with each other. As the oxygen permeable film, for example, a water-repellent porous film made of a fluorine resin, a film made of a silicone resin having a property of selectively transmitting oxygen, or the like can be used.

【0020】前記式(1)の反応により生成した過酸化
水素は、電解液中に含まれたまま金属酸化物からなる反
応床2が設置された下流側へと移動する。反応床2は、
過酸化水素が効率よく分解して酸素が効率よく生成する
ように、電解液流路のなるべく広い範囲に設置すること
が好ましい。
The hydrogen peroxide generated by the reaction of the above formula (1) moves to the downstream side where the reaction bed 2 made of metal oxide is installed while being contained in the electrolytic solution. Reaction bed 2
It is preferable that the electrolyte solution flow path be installed in as wide a range as possible so that hydrogen peroxide is efficiently decomposed and oxygen is efficiently generated.

【0021】反応床上を通過した電解液には過酸化水素
の分解で生成した酸素が多く含まれている。従って、こ
の電解液が電解液流路の最下流に設けられた気液分離膜
8と接触すると酸素がこの膜を通過し、酸素取り出し口
9を通って外部に取り出される。酸素が除去された後の
電解液は、ポンプ10によって電解液流路の上流に運ば
れ、再び酸素と接触する。このような装置によれば、酸
素を連続して効率よく製造することができる。
The electrolyte passed through the reaction bed contains a large amount of oxygen generated by decomposition of hydrogen peroxide. Therefore, when this electrolytic solution comes into contact with the gas-liquid separation membrane 8 provided at the most downstream of the electrolytic solution flow path, oxygen passes through this membrane and is taken out to the outside through the oxygen take-out port 9. The electrolyte from which oxygen has been removed is transported upstream of the electrolyte flow path by the pump 10 and comes into contact with oxygen again. According to such an apparatus, oxygen can be continuously and efficiently produced.

【0022】電解液流路の最下流で酸素を除去した後の
電解液は、そのまま下流側に貯めておいてもよいし、外
部に放出してもよい。その場合、酸素を含む電解液を電
解液流路の上流側から連続的にあるいは間欠的に供給す
ればよい。
The electrolyte from which oxygen has been removed at the most downstream side of the electrolyte flow path may be stored as it is on the downstream side or may be discharged to the outside. In that case, the electrolyte containing oxygen may be supplied continuously or intermittently from the upstream side of the electrolyte flow path.

【0023】本発明の酸素の製造装置においては、本発
明の酸素の製造方法を利用する限り、必ずしも図1に示
すような電解液流路を設ける必要はなく、電解液に含ま
れた酸素を電解還元するための電極対と生成した過酸化
水素を分解して酸素を生成させるための金属酸化物とを
離して配置する必要もない。例えば、電解液に過酸化水
素を分解させるための金属酸化物を分散させてもよい
し、電極中に金属酸化物を含ませてもよい。ただし図1
のような装置を用いれば、生成した過酸化水素が電極対
でさらに還元を受け、水酸化物イオン(OH-)に還元
されることを防止でき、酸素の発生効率を高めることが
できる。
In the oxygen production apparatus of the present invention, as long as the oxygen production method of the present invention is used, it is not always necessary to provide an electrolytic solution flow path as shown in FIG. It is not necessary to dispose the electrode pair for electrolytic reduction and the metal oxide for decomposing the generated hydrogen peroxide to generate oxygen separately. For example, a metal oxide for decomposing hydrogen peroxide may be dispersed in an electrolytic solution, or a metal oxide may be contained in an electrode. However, FIG.
By using such an apparatus, it is possible to prevent the generated hydrogen peroxide from being further reduced at the electrode pair and to be reduced to hydroxide ions (OH ), thereby increasing the oxygen generation efficiency.

【0024】[0024]

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。 《実施例1》ガラス状炭素の粉末とアセチレンブラック
粉末とフッ素樹脂との混合物(重量比30:5:5)を
ニッケルネットを中心にして板状に成形して得られた酸
素還元用の作用電極と、白金網からなる対極と、Mn3
4粉末とアセチレンブラックとフッ素樹脂との混合物
(重量比30:5:5)をニッケルネットを中心にして
板状に成形して得られた多孔質な過酸化水素分解用の反
応床とを準備した。そして、濃度0.2M(M:モル/
リットル)のKOH水溶液が入ったビーカー中に作用電
極、対極および反応床を浸漬した。
Next, the present invention will be specifically described based on examples. Example 1 Oxygen reduction effect obtained by molding a mixture of glassy carbon powder, acetylene black powder and fluororesin (weight ratio: 30: 5: 5) into a plate shape with nickel net as the center. An electrode, a counter electrode made of a platinum network, and Mn 3
A porous hydrogen peroxide decomposition reaction bed obtained by molding a mixture (weight ratio: 30: 5: 5) of O 4 powder, acetylene black and fluororesin into a plate shape around a nickel net. Got ready. Then, a concentration of 0.2 M (M: mol /
The working electrode, counter electrode and reaction bed were immersed in a beaker containing 1 liter of an aqueous KOH solution.

【0025】水溶液を攪拌しながら作用電極と対極との
間に0.5Vの電圧を印加したところ、反応床から酸素
の気泡が発生した。水溶液の攪拌を止めても気泡は継続
して発生し続けた。この場合、大気中の空気が水面から
KOH水溶液中に溶け込み、前記式(1)および(2)
の反応を経て精製されて高純度の酸素となり、その気泡
が発生したものと考えられる。
When a voltage of 0.5 V was applied between the working electrode and the counter electrode while stirring the aqueous solution, oxygen bubbles were generated from the reaction bed. Even when the stirring of the aqueous solution was stopped, bubbles continued to be generated. In this case, the air in the atmosphere dissolves into the aqueous KOH solution from the surface of the water, and the above formulas (1) and (2)
It is considered that oxygen was purified through the reaction to produce high-purity oxygen, and the bubbles were generated.

【0026】《実施例2》活性炭粉末とアセチレンブラ
ック粉末とMn58粉末とフッ素樹脂との混合物(重量
比30:5:20:5)をニッケルネットを中心にして
板状に成形して得られた過酸化水素分解用のマンガン酸
化物を含む酸素還元用の作用電極と、白金網からなる対
極とを準備した。そして、濃度0.5MのKOH水溶液
が入ったビーカー中に作用電極および対極を浸漬した。
Example 2 A mixture (weight ratio: 30: 5: 20: 5) of activated carbon powder, acetylene black powder, Mn 5 O 8 powder, and fluororesin was formed into a plate shape with nickel net as the center. The obtained working electrode for oxygen reduction containing manganese oxide for hydrogen peroxide decomposition and a counter electrode made of a platinum net were prepared. The working electrode and the counter electrode were immersed in a beaker containing a 0.5 M KOH aqueous solution.

【0027】水溶液を攪拌しながら作用電極と対極との
間に0.7Vの電圧を印加したところ、作用電極から酸
素の気泡が発生した。水溶液の攪拌を止めても気泡は継
続して発生し続けた。印加電圧を0.7Vより大きくし
ていくと気泡の発生は緩やかになったが止まることはな
かった。
When a voltage of 0.7 V was applied between the working electrode and the counter electrode while stirring the aqueous solution, oxygen bubbles were generated from the working electrode. Even when the stirring of the aqueous solution was stopped, bubbles continued to be generated. When the applied voltage was higher than 0.7 V, the generation of bubbles became gentle but did not stop.

【0028】《実施例3》図1に示す酸素製造装置を組
み立てた。電極対を形成する酸素還元用の多孔質電極1
aは、ガラス状炭素粉末と活性炭粉末とアセチレンブラ
ックとフッ素樹脂との混合物(重量比10:30:5:
5)をニッケルネットを中心にして板状に成形して得た
ものである。電極1aの片面には、フッ素樹脂粒子を燒
結させて得られた厚さ0.5mmの多孔質で撥水性を有
する酸素透過膜7を配し、熱ロールにより両者を密着さ
せた。電極1aの対極1bとしてはニッケルネットを用
いた。反応床2は、Mn23粉末とアセチレンブラック
とフッ素樹脂との混合物(重量比30:5:5)をニッ
ケルネットを中心にして板状に成形して得たものであ
る。気液分離膜8としては、酸素透過膜7と同じものを
用いた。
Example 3 An oxygen producing apparatus shown in FIG. 1 was assembled. Porous electrode 1 for oxygen reduction forming an electrode pair
a is a mixture of glassy carbon powder, activated carbon powder, acetylene black and fluororesin (weight ratio 10: 30: 5:
5) is obtained by forming a plate around a nickel net. On one side of the electrode 1a, a porous and water-repellent oxygen-permeable film 7 having a thickness of 0.5 mm obtained by sintering fluororesin particles was disposed, and both were brought into close contact with a hot roll. Nickel net was used as the counter electrode 1b of the electrode 1a. The reaction bed 2 is obtained by molding a mixture (weight ratio: 30: 5: 5) of Mn 2 O 3 powder, acetylene black, and a fluororesin into a plate shape around a nickel net. The same gas-liquid separation membrane 8 as the oxygen permeable membrane 7 was used.

【0029】電源5により電極対に0.6Vの電圧を印
加した後、ステンレス鋼製の電解液流路3に濃度0.1
MのKOH水溶液を満たし、ポンプ10により電極対が
下流側、反応床が上流側となるように電解液を巡廻させ
た。その結果、酸素取り出し口9から高純度(純度99
%以上)の酸素を連続的に取り出すことができた。この
装置を継続して運転したところ、消費した電気量の90
%以上に相当する量の酸素を製造することができた。
After a voltage of 0.6 V is applied to the electrode pair by the power supply 5, a concentration of 0.1 is applied to the electrolyte passage 3 made of stainless steel.
M KOH aqueous solution was filled, and the electrolyte was circulated by the pump 10 so that the electrode pair was on the downstream side and the reaction bed was on the upstream side. As a result, high purity (purity 99
% Or more) of oxygen. When this device was continuously operated, the amount of electricity consumed was 90%.
% Of oxygen could be produced.

【0030】印加する電圧を1.0Vにしたところ、酸
素の発生量は消費した電気量の58%に相当する量にま
で低下したが、やはり酸素を連続的に製造することがで
きた。また、ポンプを停止して電解液の流れを止める
と、電源から電極へ流れる電流値が小さくなり、酸素の
発生量も少なくなったが、消費した電気量の90%以上
に相当する量の酸素を連続的に製造することができた。
電圧の印加を止めると、しばらくして酸素の発生はなく
なった。
When the applied voltage was set to 1.0 V, the amount of generated oxygen was reduced to an amount corresponding to 58% of the amount of consumed electricity, but oxygen could be continuously produced. When the pump is stopped to stop the flow of the electrolyte, the value of the current flowing from the power supply to the electrode is reduced, and the amount of generated oxygen is reduced. Could be manufactured continuously.
When the application of the voltage was stopped, generation of oxygen disappeared after a while.

【0031】電解液として0.1MのKOH水溶液の代
わりに0.5Mの酢酸ナトリウム水溶液あるいは0.2
Mのリン酸水溶液を用いたところ、同様に酸素を効率よ
く製造することができた。
Instead of a 0.1 M KOH aqueous solution, a 0.5 M sodium acetate aqueous solution or 0.2 M
When a phosphoric acid aqueous solution of M was used, oxygen could be efficiently produced.

【0032】[0032]

【発明の効果】本発明によれば、オンサイトで必要なと
きに、安全かつ簡便に、少量の電力で酸素を効率よく製
造することができる。
According to the present invention, when necessary on-site, oxygen can be produced safely and simply and efficiently with a small amount of electric power.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の酸素の製造装置の一例の内部構成を上
から見た横断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an internal configuration of an example of an oxygen production apparatus according to the present invention as viewed from above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a 電極 1b 対極 2 反応床 3 電解液流路 4 電解液の進行方向 5 電源 6 取り入れ口 7 酸素透過膜 8 気液分離膜 9 酸素取り出し口 10 ポンプ 1a Electrode 1b Counter electrode 2 Reaction bed 3 Electrolyte flow path 4 Electrolyte flow direction 5 Power supply 6 Intake port 7 Oxygen permeable membrane 8 Gas-liquid separation membrane 9 Oxygen outlet 10 Pump

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G042 BA08 BB06 4K011 AA10 AA22 AA23 AA31 BA03 CA04 DA07 4K021 AA01 AB15 BA02 BB01 BB03 DB53 DC01  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G042 BA08 BB06 4K011 AA10 AA22 AA23 AA31 BA03 CA04 DA07 4K021 AA01 AB15 BA02 BB01 BB03 DB53 DC01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酸素を含有する原料気体から電解により
過酸化水素を生成させ、前記過酸化水素を金属酸化物の
存在下で分解して酸素を生成させる工程を有する酸素の
製造方法。
1. A method for producing oxygen, comprising: generating hydrogen peroxide from an oxygen-containing raw material gas by electrolysis, and decomposing the hydrogen peroxide in the presence of a metal oxide to generate oxygen.
【請求項2】 前記金属酸化物が、マンガン酸化物であ
る請求項1記載の酸素の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the metal oxide is a manganese oxide.
【請求項3】 (1)電解液流路、(2)前記電解液流
路の上流側に設置され外部から酸素を取り入れて電解液
と接触させる酸素供給部、(3)前記酸素供給部に隣接
して設置され電解液中に含まれた酸素を電解還元して過
酸化水素を生成させる電極、(4)前記電極の対極、
(5)前記電極と前記対極との間に電圧を印加するため
の電源、(6)前記電解液流路の前記電極より下流側に
設置され電解液中に含まれた過酸化水素を分解して酸素
を生成させる金属酸化物、ならびに(6)前記電解液流
路の前記金属酸化物より下流側に設置され電解液中に含
まれた酸素を取り出す酸素分離部を有する酸素の製造装
置。
And (3) an oxygen supply unit provided upstream of the electrolyte solution flow path and adapted to take in oxygen from the outside and come into contact with the electrolyte solution, and (3) an oxygen supply unit. An electrode which is installed adjacently and which electrolytically reduces oxygen contained in the electrolyte to generate hydrogen peroxide; (4) a counter electrode of the electrode;
(5) a power supply for applying a voltage between the electrode and the counter electrode; and (6) a power supply installed downstream of the electrode in the electrolyte flow path to decompose hydrogen peroxide contained in the electrolyte. And (6) an oxygen production apparatus having an oxygen separator installed downstream of the metal oxide in the electrolytic solution flow path to extract oxygen contained in the electrolytic solution.
【請求項4】 前記電解液が、アルカリ性水溶液である
請求項3記載の酸素の製造装置。
4. The oxygen producing apparatus according to claim 3, wherein the electrolytic solution is an alkaline aqueous solution.
【請求項5】 前記電極が、ガラス状炭素からなる請求
項3記載の酸素の製造装置。
5. The oxygen producing apparatus according to claim 3, wherein the electrode is made of glassy carbon.
【請求項6】 前記金属酸化物が、マンガン酸化物であ
る請求項3記載の酸素の製造装置。
6. The oxygen producing apparatus according to claim 3, wherein the metal oxide is a manganese oxide.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7537349B2 (en) 2004-11-04 2009-05-26 Seiko Epson Corporation Optical device and projector

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