[发明专利]一种电催化制取一氧化碳装置

说明书

本发明公开了一种电催化制取一氧化碳装置，包括：电解槽（1）、电解液循环系统、供气装置和气体吸收装置（7），电解槽（1）分别与电解液循环系统、供气装置和气体吸收装置相连接；气体吸收装置（7）上设有一氧化碳出口（8）。本发明的装置采用零极距的设计方式，将阴极钛网、气体扩散电极、质子交换膜、阳极网贴合压紧，最大程度降低槽电压；本装置使用纯水作为阴极电解液，提高了一氧化碳产物的纯度；均匀微孔的气体扩散电极促进了二氧化碳与水的气液混合提高了气液固三相界面，增高了反应面积和扩散速度。

技术领域

本发明涉及一种电催化制取一氧化碳装置，属于二氧化碳资源化利用技术领域。

背景技术

全球变暖是人类的行为造成地球气候变化的后果。“碳”就是石油、煤炭、木材等由碳元素构成的自然资源。“碳”耗用得多，导致地球暖化的元凶二氧化碳也制造得多。随着人类的活动，全球变暖也在影响着人们的生活方式，带来越来越多的问题。

在自然界中，二氧化碳通过光合作用转化为碳水化合物，这种复杂的过程很难通过人类技术创新而工业化复制。目前一种技术上可行的方式是通过电化学方式将二氧化碳还原为较高能量的产物，诸如一氧化碳、甲烷、醇类等。而电能可来自风电、光伏、水力等可再生能源。这种新兴的、清洁且环境友好的能源转换方式，对缓解温室效应，实现碳中和具有重大意义。

目前电催化制取一氧化碳的装置，为解决二氧化碳在水溶液中溶解度低和水溶液导电性低的问题，多采用溶解了离子液体的有机溶剂或者添加了无机支持电解质的水溶液作为阴极液。但这两种方式都会导致阴极反应产物中混合了有机挥发物、无机杂质等，导致一氧化碳纯度的降低。

对于电催化还原二氧化碳，通常使用金属作为催化剂，具有导电性良好、制备简单的优点。选用不同的金属催化剂，电催化二氧化碳所产生的还原产物就不同。针对这一技术特点，本发明选用产生一氧化碳选择性高的一类金属催化剂，如金、银、锌、疤等。

发明内容

本发明目的在于提出一种电催化制取一氧化碳装置。

本发明提供的一种电催化制取一氧化碳装置，包括：电解槽(1)、电解液循环系统、供气装置和气体吸收装置(7)，电解槽(1)分别与电解液循环系统、供气装置和气体吸收装置相连接；气体吸收装置(7)上设有一氧化碳出口(8)。

所述的电解槽(1)包括阳极室、质子交换膜(16)、阴极室、密封及锁紧组件；

所述阳极室由阳极端板(9)、阳极网、阳极塑料板框、第一密封垫(25)组成：

本发明中，阳极塑料板框为阳极端板(9)的外部包裹结构，阳极端板材质为耐腐塑料，阳极端板材质可选地为PP、UPVC、PMMA等耐腐塑料，四边开有法兰孔，用于螺栓锁紧电解槽；阳极端板居中设有阳极导电柱出口(11)，用于伸出阳极导电柱(13)；阳极端板背面下部布置阳极液入口(10)，背面上部布置一气液出口(12)，用于排出阳极液和反应产生的氧气；其中所述阳极液为为水系无机电解质的水溶液。

所述阳极为网涂覆了氧化物催化层的阳极钛网(15)；所述氧化物催化层可选为钌、铱、铑、钽、钛的一种或几种混合的贵金属氧化物；同时，氧化物催化层也可以选择铈、钕等镧系稀土元素的一种或几种混合物的稀土氧化物，亦可以是掺杂稀土元素的贵金属氧化物；阳极导电柱(13)居中垂直焊接在阳极钛网(15)上；阳极导电柱(13)另外一端设计了一段螺牙，螺牙以下焊接一圆钛片作为第一密封平台(14)。密封平台主要作用是为了导电柱的密封。

阳极塑料板框的材质与阳极端板相同，设计成方型法兰形式，内部矩形空腔形成了阳极腔室，密封垫外尺寸与塑料板框相同，厚度0.5-3mm，材质可选为聚四氟乙烯、氟橡胶、三元乙丙橡胶的任意一种。

所述阴极室由阴极端板(19)、阴极网(18)、气体扩散电极(17)、阴极塑料板框、第二密封垫(26)组成；阴极塑料板框为阴极端板(19)的外部包裹结构。