本发明专利技术属于电化学领域，具体涉及一种具有吸水膜的耗氧/产氧器件、氧迁移装置及其用途和氧迁移方法。所述耗氧/产氧器件包括：析氧阳极、耗氧阴极、配置于所述析氧阳极和耗氧阴极之间的膜；所述析氧阳极包含阳极催化剂，所述耗氧阴极包含阴极催化剂；所述膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜，膜的两侧分别接触有阴极催化剂和阳极催化剂，所述阳极催化剂表面具有吸水膜；或者所述膜为导离子型的吸水膜，膜的两侧分别接触有阴极催化剂和阳极催化剂。本发明专利技术中使用吸水膜覆盖在阳极表面，吸水膜可吸收环境中的水蒸气参与反应，析出氧气；而阴极表面发生氧气还原反应，消耗氧气。当采用包含导离子型的吸水膜时，吸水膜同时具有导离子和吸收水蒸气的作用。水蒸气的作用。水蒸气的作用。
【技术实现步骤摘要】
一种具有吸水膜的耗氧/产氧器件、氧迁移装置及其用途和氧迁移方法
[0001]本专利技术属于电化学领域，具体涉及一种具有吸水膜的耗氧/产氧器件、氧迁 移装置及其用途和氧迁移方法。
技术介绍
[0002]氧化反应不仅能造成油脂及富脂食品品质的劣化，而且其生成物还会危害人 体的健康，氧化反应的发生还会严重缩短食品的保鲜时间。现有的抗氧化保鲜手 段或多或少存在无法弥补缺陷，而气调保鲜作为一种高效的保鲜手段具有很好的 应用前景。气调贮藏就是控制食品在适宜的温度下，改变冷藏环境中的气体成分， 主要是控制氧和二氧化碳的浓度，以达到延长贮藏时间的目的。目前气调保鲜的 方法较多，主要有自然降氧法﹑快速降氧法﹑混合降氧法等。
[0003]但是存在降氧过程缓慢，无法实时持续降氧等缺点。
[0004]使用电化学耗氧反应进行气调保鲜，其具有比较低的工作电压(总反应电压 不高于1.6V)、反应简单、所需反应材料和溶液无害等优点，是气调保鲜中比 较理想的降低气体中氧浓度的方式。
[0005]为了解决以上问题，提出本专利技术。
技术实现思路
[0006]本专利技术第一方面提供一种具有吸水膜的耗氧/产氧器件，所述耗氧/产氧器件 包括：
[0007]析氧阳极、耗氧阴极、以及配置于所述析氧阳极和耗氧阴极之间的膜；
[0008]所述析氧阳极包含阳极催化剂，所述耗氧阴极包含阴极催化剂；
[0009]其中，所述膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜，阳离子交换膜或阴离子交换 膜的两侧分别接触有阴极催化剂和阳极催化剂，所述阳极催化剂表面具有吸水膜；
[0010]或者所述膜为导离子型的吸水膜，导离子型的吸水膜的两侧分别接触有阴极 催化剂和阳极催化剂。
[0011]优选地，阳极催化剂包含：金属氢氧化物，贵金属负载的金属氢氧化物，羟 基金属氧化物，贵金属掺杂的羟基金属氧化物及其复合氧化物，金属氧化物，金 属硫化物，金属氮化物，金属磷化物中的一种或几种；
[0012]和/或上述化合物的衍生负载复合物；
[0013]阴极催化剂包含：氮掺杂碳，铂及其合金，铂碳，金属氮碳化合物，钌及其 合金，金属硫化物，金属磷化物中的一种或几种。
[0014]优选地，所述金属氢氧化物包含：镍铁水滑石，钴铁水滑石，镍铁钒水滑石、 钴铁钒水滑石，贵金属负载的钴铁水滑石，贵金属负载的镍铁水滑石，氢氧化铱， 氢氧化钌中的一种或几种；
[0015]所述金属氧化物包含：氧化铱，氧化钌中的一种或几种；
[0016]所述羟基金属氧化物包含：羟基氧化铱，羟基氧化钌中的一种或几种。
[0017]金属氢氧化物例如钴铁水滑石、镍铁水滑石、钴铁钒水滑石的制备方法，可 以使用本领域通用的任何合适的方法。
[0018]优选地，所述氢氧化铱中包含三价铱。具体的，其中包含三价铱和四价铱。
[0019]氢氧化铱制备方法为：将三氯化铱或氯铱酸置于反应容器中，加入去离子水， 加热使其完全溶解，再往其中加入氢氧化钠搅拌，往其中通氮气20～50分钟后， 置于反应釜中120～180℃恒温加热3～7h，反应釜冷却至室温后，离心洗涤， 40～100℃干燥8～20h，制备出所述氢氧化铱。
[0020]其中，三氯化铱或氯铱酸与氢氧化钠的摩尔比为13：10
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1000，例如13：10， 13：30，13：50，13：100，13：300，13：500，13：1000。
[0021]优选的，本专利技术的氢氧化铱呈现分散的、长方体状的纳米颗粒形貌，长方体 的长50～300nm，宽是50～300nm。氢氧化铱带有结晶水。
[0022]更优选的，三氯化铱或氯铱酸与氢氧化钠的摩尔比为13：50。
[0023]优选地，所述阴极催化剂为铁氮共掺杂碳材料FeNC
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900
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Nh，其为二维的片 状结构，铁是单原子分散状态，氮存在的形式包括吡啶氮和石墨氮，铁氮共掺杂 碳材料的BET比表面积为750～880m2/g。
[0024]优选地，铁氮共掺杂碳材料FeNC
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900
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Nh的制备方法如下：
[0025]步骤1、FeNC的制备：称取一定量的乙酰丙酮铁、三聚氰胺、ZnCl2一起倒 入到有甲酰胺的烧杯中，超声至溶解，然后加入到反应釜中恒温加热5～20h，反 应釜冷却至室温后进行抽滤，洗涤，随后将产物冷冻干燥，得到FeNC材料；
[0026]步骤2、FeNC
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900
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Nh的制备：将上步中干燥后的产物FeNC，倒在瓷舟中， 在Ar气氛的高温管式炉中进行碳化，升温至900℃，恒温3～7h，冷却至室温 后，研磨，得到铁氮共掺杂碳材料FeNC
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Nh。
[0027]优选地，乙酰丙酮铁、三聚氰胺、ZnCl2的摩尔比为1:10～100：200～1000。
[0028]更优选地，乙酰丙酮铁、三聚氰胺、ZnCl2的摩尔比为1:50：400。
[0029]本专利技术的吸水膜或可以导离子型的吸水膜选择市售或自制的任何合适的吸 水膜或导离子型的吸水膜。
[0030]优选地，所述吸水膜包含：有机膜、无机膜中的一种或几种；
[0031]其中，有机膜选自海藻酸钠膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯酸钠膜、海藻酸钠/聚 丙烯酸/聚乙烯醇复合气凝胶膜、纳米纤维素基水凝胶膜中的一种或几种；无机 膜选自钛酸钾纤维膜、钛酸钠纤维膜、玻璃纤维膜中的一种或几种。
[0032]海藻酸钠膜、聚乙烯醇膜或聚丙烯酸钠膜是指，形成膜的主要原料为海藻酸 钠、聚乙烯醇或聚丙烯酸钠。
[0033]海藻酸钠/聚丙烯酸/聚乙烯醇复合气凝胶膜是指形成膜的主要原料为海 藻酸钠、丙烯酸和聚乙烯醇。
[0034]上述吸水膜和导离子型的吸水膜的制备方法可以是本领域通用的任何合适 的方法。
[0035]优选地，所述导离子型的吸水膜为所述吸水膜中包含导离子型物质，导离子 型物
质包含：硫酸，磷酸，氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或 碳酸氢钾。
[0036]优选地，所述吸水膜具有多孔结构，气体可以通过。上述提到的有机膜、无 机膜都具有多孔结构。
[0037]本专利技术第二方面提供一种具有吸水膜的氧迁移装置，所述氧迁移装置包括：
[0038]彼此隔绝的第一空间和第二空间，以及设置在第一空间和第二空间之间的耗 氧/产氧器件；
[0039]所述耗氧/产氧器件包括：析氧阳极、耗氧阴极、以及配置于所述析氧阳极 和耗氧阴极之间的膜；
[0040]所述析氧阳极包含阳极催化剂，所述耗氧阴极包含阴极催化剂，所述氧迁移 装置还包括在所述耗氧阴极和析氧阳极两端施加电压的电源；
[0041]所述膜为阳离子交换膜，所述阳极催化剂表面具有吸水膜，所述阴极催化剂 与所述第一空间内含有氧气的气体接触，所述阳极催化剂与所述第二空间内的水、 水蒸气或本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有吸水膜的耗氧/产氧器件，其特征在于，所述耗氧/产氧器件包括：析氧阳极、耗氧阴极、以及配置于所述析氧阳极和耗氧阴极之间的膜；所述析氧阳极包含阳极催化剂，所述耗氧阴极包含阴极催化剂；其中，所述膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜，阳离子交换膜或阴离子交换膜的两侧分别接触有阴极催化剂和阳极催化剂，所述阳极催化剂表面具有吸水膜；或者所述膜为导离子型的吸水膜，导离子型的吸水膜的两侧分别接触有阴极催化剂和阳极催化剂。2.根据权利要求1所述的耗氧/产氧器件，其特征在于，阳极催化剂包含：金属氢氧化物，贵金属负载的金属氢氧化物，羟基金属氧化物，贵金属掺杂的羟基金属氧化物及其复合氧化物，金属氧化物，金属硫化物，金属氮化物，金属磷化物中的一种或几种；和/或上述化合物的衍生负载复合物；阴极催化剂包含：氮掺杂碳，铂及其合金，铂碳，金属氮碳化合物，钌及其合金，金属硫化物，金属磷化物中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的耗氧/产氧器件，其特征在于，所述金属氢氧化物包含：镍铁水滑石，钴铁水滑石，镍铁钒水滑石，钴铁钒水滑石，贵金属负载的钴铁水滑石，贵金属负载的镍铁水滑石，氢氧化铱，氢氧化钌中的一种或几种；所述金属氧化物包含：氧化铱，氧化钌中的一种或几种；所述羟基金属氧化物包含：羟基氧化铱，羟基氧化钌中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的耗氧/产氧器件，其特征在于，所述氢氧化铱中包含三价铱。5.根据权利要求1所述的耗氧/产氧器件，其特征在于，所述阴极催化剂为铁氮共掺杂碳材料FeNC
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Nh，其为二维的片状结构，铁是单原子分散状态，氮存在的形式包括吡啶氮和石墨氮，铁氮共掺杂碳材料的BET比表面积为750～880m2/g。6.根据权利要求1所述的耗氧/产氧器件，其特征在于，所述吸水膜包含：有机膜、无机膜中的一种或几种；其中，有机膜选自海藻酸钠膜、聚乙烯醇膜、聚丙烯酸钠膜、海藻酸钠/聚丙烯酸/聚乙烯醇复合气凝胶膜或纳米纤维素基水凝胶膜中的一种或几种；无机膜选自钛酸钾纤维膜、钛酸钠纤维膜、玻璃纤维膜中的一种或几种；所述导离子型的吸水膜为所述吸水膜中包含导离子型物质，导离子型物质包含：硫酸，磷酸，氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠或碳酸氢钾。7.一种具有吸水膜的氧迁移装置，其特征在于，所述氧迁移装置包括：彼此隔绝的第一空间和第二空间，以及设置在第一空间和第二空间之间的耗氧/产氧器件；所述耗氧/产氧器件包括：析氧阳极、耗氧阴极、以及配置于所述析氧阳极和耗氧阴极之间的膜；所述析氧阳极包含阳极催化剂，所述耗氧阴极包含阴极催化剂，所述氧迁移装置还包括在所述耗氧阴极和析氧阳极两端施加电压的电源；所述膜为阳...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓明，徐岭，邝允，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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