[发明专利]一种电化学制备氢氧化镁联产碳酸镁的装置及其方法

说明书

本发明涉及一种用于电化学矿化CO₂制备碳酸镁的制备方法，该方法采用电化学矿化CO₂制备碳酸镁的装置。该装置采用O₂扩散电极为阴极，钛基PbTe@PbS/TNAs电极为阳极，0.5～1.0mol.L^‑1硫酸镁和0.5～1.0mol.L^‑1硫化铵水溶液分别为阴极室和阳极室电解液，阳极室和阴极室用Nafion阳离子交换膜分隔，电解液温度10～70℃，阴极载氧气体流量10～50mL.cm^‑2.min^‑1，氧气浓度为21～99％，阴极室pH值为9～12，阴极电流密度为20～100mA.cm^‑2。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体为一种电化学制备氢氧化镁矿化CO₂联产碳酸镁的装置及其方法。

背景技术

化石燃料燃烧排放的CO₂被广泛认为是造成全球变暖的主要原因,对人类生存环境造成严重威胁，CO₂减排已成为全球关注的焦点问题。CO₂的捕集和封存是目前主要的减排方法之一，主要包括地质封存、海洋封存、矿化封存等。

地质封存一般是将超临界状态(气态及液态的混合体)的CO₂注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、无法开采的煤矿等。IPCC的研究表明，CO₂性质稳定，可以在相当长的时间内被封存。若地质封存点经过谨慎的选择、设计与管理，注入其中的CO₂的99％都可封存1000年以上；把CO₂注入油田或气田用以驱油或驱气可提高采收率，如使用EOR技术可提高30％～60％的石油产量；注入无法开采的煤矿可以把煤层中的煤层气驱赶出来，从而提高煤层气采收率。然而，若要封存大量的CO₂，最适合的地点是咸水层。咸水层一般处于地下深处，富含不适合农业或饮用的咸水，这类地质结构较为常见，同时拥有巨大的封存潜力。不过与油田相比，人们对这类地质结构的认识还较为有限。

海洋封存是指将CO₂通过轮船或管道运输到深海海底进行封存。然而，这种封存办法也许会对环境造成负面的影响，比如过高的CO₂含量将杀死深海的生物、使海水酸化等。此外，封存在海底的二氧化碳也有可能会逃逸到大气中(有研究发现，海底的海水流动到海面需要1600年的时间)。总的来说，人们对海洋封存的了解还是太少。

CO₂矿化利用是近年来提出的一种CO₂封存和利用的新途径,主要利用天然矿物或工业废料与CO₂反应,将CO₂矿化为碳酸钙或碳酸镁等固体碳酸盐，同时联产高附加值的化工产品。矿化CO₂的原料主要集中于橄榄石、蛇纹石等天然碱性硅酸盐。天然硅酸盐与CO₂的矿化反应在自然界中便可进行,但这一过程过于缓慢，不适合在短期内大规模减排CO₂。研究表明,通过在反应前对天然硅酸盐进行煅烧、球磨等预活化,同时提高反应温度和CO₂分压，可在短时间内高效矿化CO₂。但这一过程不但能耗很高，且产物主要为碳酸盐和二氧化硅的混合物,产品附加值较低。碱性工业废料是CO₂矿化的另一种原料，虽然其反应活性比硅酸盐类矿物高很多，更容易与CO₂发生矿化反应，但碱性工业废料的来源并不稳定，能够矿化CO₂的总量有限。另外，利用碱性工业废料矿化CO₂后的产物,其化学成分较为复杂，纯度不高，难以工业利用。