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一种利用离子液体低温 电解制备 氧气的方法

阅读：531发布：2020-05-27

专利汇可以提供一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法，以无水碳酸锂和氟化锂为原料，以[EMIm]F离子液体为电解质，将碳酸锂和氟化锂完全溶解在电解质中，配制[EMIm]F-Li2CO3-LiF离子液体电解液，采用惰性电极作为阳极，接通直流电源进行电解在阳极上析出氧气；在阳极上产生的氧气通过阳极罩从氧气出口排出被收集。本发明电解温度低、能耗省、无污染和对设备腐蚀较轻，在将来人类探索太空前景广阔。，下面是一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按无水碳酸锂、氟化锂、[EMIm]F离子液体的摩尔配比0.1～0.9∶0.01～
0.05∶1的比例将碳酸锂和氟化锂完全溶解在[EMIm]F离子液体中，配制[EMIm]F-Li2CO3-LiF离子液体电解液；
S2、用石墨、玻碳或金属铜作为阴极，采用惰性电极作为阳极，接通直流电源进行电解，在阳极上析出氧气；
S3、收集通过阳极罩从氧气出口排出的阳极上产生的氧气。
2.根据权利要求1所述的一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法，其特征在于，所述惰性电极为镍、钛、铂或其它惰性金属电极。
3.根据权利要求1所述的一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法，其特征在于，
2
所述步骤S2中电解过程反应温度控制在20～190℃；阳极电流密度为1～250mA/cm；极间距控制在10～60mm。
4.根据权利要求1所述的一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法，其特征在于，所述[EMIm]F离子液体采用氯化咪唑或溴化咪唑与氟化银合成的方法制得，使用前需要将离子液体在真空干燥箱里充分干燥。

说明书全文

一种利用离子液体低温 电解制备 氧气的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电解制备氧气的方法，具体涉及一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法。

背景技术

[0002] 随着人类社会的进步和科学技术的发展，科学家已经开始太空宇宙的探索活动。NASA对人类在未来50年征服宇宙的道路上进行了大胆而又科学的预测，预计到2025年将运行宇宙驿站，2030年将在月球上建工厂和地下宾馆。但是在月球表面没有空气的存在，更没有满足人们呼吸所需的氧气。人类将来要在月球上建设基地，甚至移居月球，面对的困难还很多，供我们呼吸的空气就是其中之一。因此，如何获得人类太空活动所需的氧气成为一个丞待解决的问题。目前，人类太空活动所需的氧气供应都必须从地球上携带上去，运输费用十分昂贵而且在飞行过程中存在很大的风险。为了解决人类太空活动所需要的氧气，最近，科学家正在着手研究利用月球资源进行原位制造氧气，处理月岩就可以取得人类呼吸和火箭推进剂必不可少的氧气。中国专利CN101956203A，公开了一种利用月球表面土壤原位制氧气的新方法。中国专利CN103643259A，公开了一种从月壤月岩型混合氧化物提取金属并制备氧气的方法。在上述发明专利中，均是通过在碱金属卤化物高温熔盐中电解制备氧气，这些电解制备氧气方法存在反应温度高，设备腐蚀严重，能耗大，生产成本高等缺点。

[0003] 从20世纪90年代开始，各种新型的室温离子液体不断被合成出来，离子液体因其具有较大的稳定温度范围、较好的化学稳定性、较宽的电化学电位窗及良好的离子导电性，近年来作为新型电解质得到了科研人员的广泛重视和深入研究，在电沉积、电池、电容器等方面得到了一定的应用发展。利用低温离子液体代替高温熔盐作为电解质电解制备氧气，可有效的减少高温熔盐电解质对电解材料和设备的腐蚀，降低能耗和生产成本。研究者通过采用自己设计合成的氟化咪唑([EMIm]F)室温离子液体(中国专利CN1103613547A，一种二取代氟化咪唑类离子液体的合成方法)作为熔盐电解质进行电解制备氧气，实验证明氟化咪唑离子液体是一种液态温度宽、电导率高、电化学窗口宽、蒸汽压极低的室温熔融盐新介质，用于电解制备氧气，有效的降低了电解温度，减轻了对电解设备的腐蚀，降低了能耗。

发明内容

[0004] 针对高温熔盐电解制备氧气存在的温度高、能耗大、设备腐蚀严重、对环境不友好等问题，本发明提供了一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0006] 一种利用离子液体低温电解制备氧气的方法，包括以下步骤：

[0007] S1、以无水碳酸锂和氟化锂为原料，以[EMIm]F离子液体为电解质，按无水碳酸锂、氟化锂、[EMIm]F离子液体的摩尔配比0.1～0.9：0.01～0.05∶1的比例将碳酸锂和氟化锂完全溶解在[EMIm]F离子液体中，配制[EMIm]F-Li2CO3-LiF离子液体电解液；

[0008] S2、用石墨、玻碳或金属铜作为阴极，采用惰性电极作为阳极，接通直流电源进行电解，在阳极上析出氧气；

[0009] S3、收集通过阳极罩从氧气出口排出的阳极上产生的氧气。

[0010] 优选的，所述惰性电极为镍、钛、铂或其它惰性金属电极。

[0011] 优选的，所述步骤S2中电解过程反应温度控制在20～190℃；阳极电流密度为2
1～250mA/cm；极间距控制在10～60mm。

[0012] 优选的，所述[EMIm]F离子液体采用氯化咪唑或溴化咪唑与氟化银合成的方法制得，使用前需要将离子液体在真空干燥箱里充分干燥。

[0013] 本发明具有以下有益效果：

[0014] 1)电解温度低，能耗低；

[0015] 2)离子液体可以重复利用，对电极材料和电解设备腐蚀性小，对环境无污染，电解过程中无其它有害气体产生；

[0016] 3)电解产物纯度高，电解得到氧气的体积纯度不低于99％。附图说明

[0017] 图1为本发明实施例中的实验装置结构示意图。

具体实施方式

[0018] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0019] 本发明实施例中所用的碳酸锂为市购工业产品，重量纯度≥99％；所用的离子液体为中国专利CN103613547A公开的氟化咪唑离子液体。

[0020] 如图1所示，本发明实施例中所用的实验装置包括玻璃杯1，所述玻璃杯1内填充有电解液2，所述电解液2内一侧设有阳极罩3，另一侧设有阴极4，所述阳极罩3内设有阳极5，所述阳极罩3上端连接有导气管6，所述导气管6与所述阳极罩3相通。

[0021] 实施例1

[0022] 配制[EMIm]F-Li2CO3-LiF离子液体，其中Li2CO3与[EMIm]F的摩尔比为0.5∶1，LiF与[EMIm]F的摩尔比为0.01∶1，以该离子液体为电解液进行直流电解，以镍为阳极，玻碳电极为阴极，高纯铝丝为参比电极，电解温度维持在90℃左右，极距20mm，电流密度为2
20mA/cm，电解时间为2h，在阳极析出氧气，氧气通过阳极罩从氧气出口排出被收集，体积纯度99.5％。

[0023] 实施例2

[0024] 配制[EMIm]F-Li2CO3-LiF离子液体，其中Li2CO3与[EMIm]F的摩尔比为0.1∶1，LiF与[EMIm]F的摩尔比为0.03∶1，以该离子液体为电解液进行直流电解，以镍为阳极，玻碳电极为阴极，高纯铝丝为参比电极，电解温度维持在100℃左右，极距35mm，电流密度2
为30mA/cm，电解时间为2h，在阳极析出氧气，氧气通过阳极罩从氧气出口排出被收集，体积纯度99.1％。

[0025] 实施例3

[0026] 配制[EMIm]F-Li2CO3-LiF离子液体，其中Li2CO3与[EMIm]F的摩尔比为0.9∶1，LiF与[EMIm]F的摩尔比为0.05∶1，以该离子液体为电解液进行直流电解，以镍为阳极，玻碳电极为阴极，高纯铝丝为参比电极，电解温度维持在190℃左右，极距60mm，电流密度2
为250mA/Gm，电解时间为2h，在阳极析出氧气，氧气通过阳极罩从氧气出口排出被收集，体积纯度99.6％。

[0027] 本具体实施电解温度低，能耗低；离子液体可以重复利用，对电极材料和电解设备腐蚀性小，对环境无污染，电解过程中无其它有害气体产生；电解产物纯度高，电解得到氧气的体积纯度不低于99％。

[0028] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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