[發明專利]一種高純氣體制備裝置及制備方法

在審

• 申請號: 202210011025.6
• 申請日: 2022-01-05
• 公開（公告）號: CN114438534A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 張增先
• 申請（專利權）人: 飛馬牧場（上海）信息咨詢服務有限公司
• 主分類號: C25B9/23
• 分類號: C25B9/23;C25B1/01;C25B15/08;C25B11/036
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• 代理人: 暫無信息

1.一種高純氣體制備裝置，包括質子交換膜(5)，其特征在于：還包括擴散層(3)、陽極催化層(4)、陰極雙極板(7)和陽極雙極板(1)，所述擴散層(3)設置于質子交換膜(5)的相對兩側，所述陽極催化層(4)和陽極雙極板(1)位于質子交換膜(5)的一側，所述陰極雙極板(7)位于質子交換膜(5)的另一側，所述質子交換膜(5)、擴散層(3)、陽極催化層(4)、陰極雙極板(7)和陽極雙極板(1)依次相緊密貼合；

所述陰極雙極板(7)的一面設置有蛇形迂回的陰極流道(703)，所述陰極雙極板(7)上設置有與陰極進流口(701)和陰極回流口(702)，所述陰極進流口(701)與所述陰極流道(703)的首端連通，所述陰極回流口(702)與所述陰極流道(703)的尾端連通；

所述陽極雙極板(1)的一面設置有蛇形迂回的陽極流道(103)，所述陽極雙極板(1)上設置有與陽極流道(103)連通的陽極進流口(101)和陽極回流口(102)，氫氣和純水作為陽極流道(103)內的陽極電解液，單質As的納米顆粒和KOH水溶液作為陰極流道(703)內的陰極電解液。

2.根據權利要求1所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：所述陽極雙極板(1)和所述陰極雙極板(7)由石墨材料制成，所述陰極雙極板(7)和陽極雙極板(1)均設有引線端子，所述引線端子上施加有電壓源。

3.根據權利要求1所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：所述陽極回流口(102)連通有陽極循環泵(13)，所述陽極循環泵(13)的出氣端與所述陽極進流口(101)連通，所述陽極進流口(101)還連通有補充純水的補液裝置(14)。

4.根據權利要求1所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：制備裝置還包括鎖緊裝置，所述陽極雙極板(1)、擴散層(3)、質子交換膜(5)、陰極雙極板(7)通過鎖緊組件(8)鎖緊固定。

5.根據權利要求4所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：所述鎖緊組件(8)包括螺栓(801)、螺母(802)，所述螺栓(801)沿質子交換膜(5)的厚度方向上依次貫穿陽極雙極板(1)、質子交換膜(5)和陰極雙極板(7)，并與螺母(802)螺紋鎖緊，所述擴散層(3)、陽極催化層(4)受壓固定于陽極雙極板(1)和陰極雙極板(7)之間。

6.根據權利要求1所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：所述擴散層(3)、陽極催化層(4)、陰極雙極板(7)和陽極雙極板(1)設置有多個，每一述擴散層(3)、陽極催化層(4)、陰極雙極板(7)和陽極雙極板(1)組合形成一制備單元，所有所述制備單元沿制備單元的厚度方向上排列并可拆卸固定于一起。

7.根據權利要求6所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：所述制備單元包括首端單元(10)、尾端單元(12)和中間單元(11)，所述首端單元(10)和尾端單元(12)分布于制備裝置的兩端，所述中間單元(11)設置于首端單元(10)和尾端單元(12)之間，所述首端單元(10)上的陽極雙極板(1)面向所述中間單元(11)的一面設置有流道A(1001)，所述中間單元(11)上的陰極雙極板(7)面向所述首端單元(10)的一面設置有流道B，所述流道A(1001)和流道B相對，且所述流道A(1001)和流道B之間設置擴散層(3)、陽極催化層(4)和質子交換膜(5)，所述流道A(1001)的兩端分別連通有進流口A(1002)和回流口A(1003)，所述流道B的兩端分別連通有進流口B(1104)和回流口B(1105)。

8.根據權利要求7所述的一種高純氣體制備裝置，其特征在于：所述中間單元(11)為多個，相鄰兩個中間單元(11)相對的面上設置有流道C(1101)，且在相鄰的兩個所述中間單元(11)之間安裝擴散層(3)、陽極催化層(4)和質子交換膜(5)，所述流道C(1101)均連通進流口C(1102)和回流口C(1103)，所述進流口C(1102)和回流口C(1103)設置于相鄰兩個中間單元(11)相對設置的一側。

9.一種高純氣體的制備方法，采用上述權利要求2所述的制備裝置制備氣體，其特征在于：制備方法包括如下：采用石墨板為陰極雙極板(7)和陽極雙極板(1)，在石墨板上施加電壓，單質As的納米顆粒和KOH水溶液作為陰極電解液，氫氣加純水作為陽極電解液，陽極的質子通過質子交換膜(5)進入到陰極，與單質As反應，制備生成AsH3氣體。