[发明专利]一种电解气态物质的方法及装置

说明书

本发明公开了一种电解气态物质的方法及装置，所述方法包括如下步骤：S1、向密封空间内充入原料气，使原料气充满整个密封空间；S2、在密封空间中将两个第一电极接通交流电，使两个第一电极间形成交变电场；S3、在两个第一电极间设置有多组直流电极对,直流电极对包括两个第二电极，将两个第二电极接通直流电，使两个第二电极分别成为阳极和阴极；S4、原料气在交变电场的作用下被等离子化，成为低温等离子体，在阳极和阴极形成的电场作用下，气态离子分别向阳极和阴极聚集，生成两种不同的物质，实现气态物质的电解；相比于现有技术，本发明简化了制备工艺流程，反应过程安全无污染，且能耗低，可降低生产成本，具有极大的经济效益。

技术领域

本发明涉及气体电解技术领域，特别是一种电解气态物质的方法及装置。

背景技术

环境问题是当今世界最为关注的问题之一，研究和发展新的情节能源显得尤为重要。地球上氢能的储量丰富，燃烧不产生污染，燃烧热值高，被看做是21世纪理想的新能源。

现有技术中，制氢方式有多种，包括电解水制氢、水煤气法制氢、由石油热裂的合成气和天然气制氢、焦炉煤气冷冻制氢、甲醇裂解制氢、电解食盐水的副产氢、酿造工业副产氢，上述制氢方法或多或少存在不同的缺点，如电解水制氢工艺(可参考专利文献CN112575344A提出的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统)，由于水的裂解过程是一个放热的过程，故电解水制氢的成本较高，且需要加入催化剂，使用离子交换膜，增加了电解过程的操作复杂程度；水煤气制氢具体为用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H₂O→CO+H₂)，净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO₂ (CO+H₂O→CO₂+H₂)可得含氢量在80％以上的气体，再压入水中以溶去CO₂，这种方法制氢需要在高温条件下反应，能耗较高；由石油热裂的合成气和天然气制氢、以及焦炉煤气冷冻制氢受到原料制约，制氢成本也较高；甲醇裂解制氢(可参考专利文献CN112588279A 提出的一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法及其产品和应用)则需要在一定的压力、一定的温度及特种气固催化剂的作用下，甲醇和水发生裂解变换反应，转化成的气体再经过换热、冷凝、净化、吸附，才能提取出产品氢气，此种方法制氢工艺复杂，成本较高；电解食盐水的副产氢具体为工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl₂和 H₂，副产氢气比例小，受地域制约，氯碱工业为基础的化工生产过程中会对环境造成污染；酿造工业副产氢通常为酒厂副产，行业跨度大，副产氢气不能满足大规模工业用氢。

而目前获取石墨烯的途径大致可分为两大类，自上而下的顶层剥离(exfoliation) 和自下而上的底层生长(growth)：

一是利用各种物理、化学手段削弱石墨层与层间的范德华力剥离得到单层或少层石墨烯，主要有机械剥离法、液相剥离法、氧化还原剥离法，前两种方法得到的石墨烯产率都较低，不适合大规模生产，而氧化还原剥离法虽然成本低廉而且可实现批量化生产，但是在氧化的过程中由于破坏了自身的共轭结构，以及还原不彻底导致得到的石墨烯缺陷较多；二是通过化学反应合成石墨烯片层，有化学气相沉积法、外延生长法以及有机合成法，其中，化学气相沉积法(chemical vapour deposition，CVD)是指用甲烷、乙醇等碳源 (含碳前驱体)在高温下分解释放出碳原子，并经退火沉积在基底(多为金属基底)生长石墨烯的方法，是目前最有可能得到大面积、高质量石墨烯的理想方法。

综上所述，制备方法多集中在常规的高温、高压催化转化上，不仅消耗大量能源，而且催化效率也不高，急需一种绿色环保、耗能低、经济效益高的制备方法解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够实现电解气态且在电解过程中无需使用离子交换膜的方法。

本发明采用以下方法来实现：一种电解气态物质的方法，所述方法包括以下步骤：