[发明专利]一种生产高纯碳酸盐的解耦式二氧化碳矿化膜电解系统

说明书

本发明属于电化学技术领域，具体为一种生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解系统。该系统通过外置电源供能、电化学质子耦合电子转移(PCET)反应改变溶液pH环境、高效萃取分离剂实现高浓度酸的萃取与提纯从而处理天然矿物或碱液固废、非电化学反应还原再生有机PCET反应物四个主要流程实现低成本、高资源转化率的CO₂矿化膜电解系统稳定运行过程。本发明在阳极采用有机PCET反应物，避免了H₂气体扩散电极的使用；阴极侧发生析氢反应同时吸收CO₂，彻底避免了CO₂中O₂以及溶解氧对阳极有机PCET反应物的影响。同时，阴极产生的H₂可作为还原剂实现有机PCET反应物的还原再生，从而实现CO₂矿化膜电解系统的连续稳定运行。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体为一种生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解系统。

背景技术

CO₂矿化是指将CO₂转变为无机碳酸盐的过程，是CO₂减排利用(CCU)的关键技术之一。目前，国内外已经开展了许多利用大宗含钙、镁盐矿石(蛇纹石、橄榄石、硅灰石)或固体废弃物(电石渣、钢渣、赤泥)等进行CO₂矿化的研究。

然而，当前CO₂矿化利用技术普遍面临着矿化反应活化能耗高，成本高，产物经济价值低的技术难题，限制了CO₂矿化技术的大规模应用可行性。而利用质子循环驱动技术路线将前沿电化学CO₂减排技术与天然矿物或固废处理相结合可以有效地降低矿化能耗同时提高资源回收利用率，有望实现大规模、经济性、低能耗的“CO₂减排-固废处理-资源回收-化工生产”一体化CO₂矿化利用过程。当前CO₂矿化膜电解技术通常采用有机质子耦合电子转移(PCET)反应物或循环H₂作为电化学氧化还原反应载体。其中，采用循环H₂面临的一大难点在于H₂的电化学氧化反应需采用气体扩散电极，难以调控的三相反应界面易造成电极“水淹”，导致电极失效反应难以稳定运行。而采用有机PCET反应物的一大核心难题在于O₂对体系稳定性的影响。尤其是吸收CO₂的阴极侧，少量O₂(气体氧或溶解氧)的存在都会造成电化学质子耦合电子转移反应物的急速衰减，使体系难以稳定运行。此外，CO₂矿化膜电解体系需要用酸性阳极液直接处理天然矿物或碱性固废，若采用PCET反应物作为电化学氧化还原载体会造成有机PCET反应物的不可逆损耗，增加处理成本。

因此，CO₂矿化膜电解系统的低成本连续稳定运行是亟待攻克的技术难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解系统。该系统能实现CO₂矿化膜电解系统的低成本、高资源转化率连续稳定运行。在实际应用中，该系统能通过外置电源供电，利用电化学PCET反应改变溶液阴阳两极pH环境，促使阴极区CO₂的吸收与阳极区酸的产生，通过高效分离剂实现阳极区酸的分离与提纯，并利用高浓度酸对天然矿物或碱性固废进行高资源转化率回收利用。阴极产生的H₂在系统外部还原再生阳极液，从而实现低成本、高资源转化率的CO₂矿化膜电解连续稳定运行过程。

为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：