[发明专利]基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法

说明书

本发明公开一种基于钠‑二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法。所述方法包括以下步骤：提供钠‑二氧化碳电池，所述钠‑二氧化碳电池包括正极、固体电解质、负极；将所述钠‑二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，钠‑二氧化碳电池进行工作，正极产生包括碳酸钠和碳的产物，当所述产物堆积到预设体积或重量时，将所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的所述正极；当所述负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；将所述新的负极、回收处理后的正极和固体电解质重新组装为新的钠‑二氧化碳电池，再将所述新的钠‑二氧化碳电池进行二氧化碳固定。

技术领域

本发明公开一种基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，属于废气处理领域。

背景技术

自工业革命以来，由于人类活动排放了大量的二氧化碳气体，使得大气中二氧化碳的浓度急剧升高(占大气成分的0.04％)，造成温室效应日益增强。根据全球实时碳排放数据统计，全球的二氧化碳排放量主要来自电力(39％)、工业生产(28％)、陆运(18％)、航空(3％)、船运(2％)以及居民消耗(10％)。随着全世界对温室效应的关注，在2020年第七十五届联合国大会上，我国向世界郑重承诺力争在2030年前实现碳达峰，努力争取在2060年前实现碳中和。因此，将电力及工业生产尾气中的二氧化碳固定是解决温室效应和实现碳中和有效途径。

金属-二氧化碳电池以金属(锂，钠，钾，镁等)为负极，以二氧化碳气体为正极，采用隔膜将正负极分隔。电池放电时，正极二氧化碳还原为碳及碳酸根离子，负极金属氧化为金属离子并迁移到正极与碳酸根离子结合形成碳酸盐。在众多的的金属-二氧化碳电池中，钠-二氧化碳由于其理论能量密度高(1.13kWh kg^-1)、循环性能好(碳酸钠和碳的稳定性好)、储量丰富(地壳种金属钠的含量高达2.3％-2.8％)受到了广泛的关注。钠-二氧化碳电池工作时发生如下反应：其工作时既能产生电能，又能将二氧化碳固定，为减缓温室效应和实现碳中和具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有的废气中二氧化碳污染问题，提出一种效率高、成本低、操作简单、对环境友好、可大规模应用的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法。

本发明提供一种基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，所述基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法包括如下步骤：

提供钠-二氧化碳电池，所述钠-二氧化碳电池包括正极、固体电解质、负极，所述固体电解质位于所述正极和所述负极之间，所述正极为可拆卸结构；

将所述钠-二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，所述钠-二氧化碳电池进行工作，所述正极上产生包括碳酸钠和碳的产物，当所述产物堆积到预设体积或重量时，将具有所述产物的所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的所述正极；当所述负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；

将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池，再将所述新的钠-二氧化碳电池安装于所述废气通道、所述废气出口处、另一个废气通道或另一个废气出口处进行二氧化碳的固定。

所述钠-二氧化碳电池工作时，电池正极发生反应如下：Eθ＝2.35V；当电流为1A、放电时间为24h时，电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，产生的电能由公式W＝UIt计算得到。经计算，一个钠-二氧化碳电池一天可固定的二氧化碳的量为0.66mol，可以产生的电能为5.64×10^-2kW·h。其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。