[发明专利]一种堆叠式二氧化碳电催化还原反应装置

说明书

本发明公开了一种堆叠式二氧化碳电催化还原反应装置，属于碳捕集与利用领域，包括：自下往上依次为托台、反应腔和上盖；托台侧面设置有进液口，与反应腔间设有可拆卸式导流板；反应腔前、后内表面上设置有插槽，插槽中安装有可自由调整、拆卸的阴极电极板和阳极电极板，二者交错堆叠排布，反应腔侧面设置有溢流板和出液口；上盖的左、右侧面分别设置有进气口和出气口。电解液中的水在阳极电极板处发生氧化反应生成氧气和Hsupgt;+/supgt;，电解液中的二氧化碳在阴极电极板处发生还原反应，还原反应获得的电子与Hsupgt;+/supgt;结合以转化为碳氢产物；反应产生的液态产物经出液口流出，气态产物从出气口流出。实现二氧化碳的高效电催化还原，装置体积小、容积效率大。

技术领域

本发明属于碳捕集与利用领域，更具体地，涉及一种堆叠式二氧化碳电催化还原反应装置。

背景技术

随着工业现代化的快速发展，燃料短缺和环境恶化成为亟待解决的严重问题。温室气体的持续排放严重破坏了自然碳平衡。CO₂作为温室气体的主要代表成分，如何将其捕集利用以转化为碳氢化合物燃料具有重要意义。碳捕集与利用(Carbon CaptureUtilization，CCU)技术是将生产过程中排放的CO₂进行提纯，继而投入到新的生产过程中循环再利用，而不是简单地封存，是一种从大气中提取CO₂用于制备有价值化学品的正价值应用。

现有CCU技术中，CO₂电催化还原技术以过剩的可再生电力为能源来实现化学储能，反应在常温常压下进行，且能够实现人为的闭合碳循环，已然成为当下的研究热点。然而，当前相关研究主要集中于电极催化剂材料本身的设计与优化。实际上，一个完整的CO₂电催化还原系统是由多部分组成的，除催化剂材料本身外，电解液、离子交换膜、电解池等部分都可能对系统的整体性能产生直接影响。在已有催化剂性能的基础之上，完善电解池的结构可进一步提升CO₂电催化还原整体性能。因此，目前需要一种高效的电催化还原装置来实现CO₂向高附加值化学品的转化。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种堆叠式二氧化碳电催化还原反应装置，其目的在于实现电催化还原CO₂向高附加值化学品的高效转化，并灵活调节装置的容积效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种堆叠式二氧化碳电催化还原反应装置，其特征在于，自下往上依次包括托台、反应腔和上盖；所述托台的侧面设置有进液口；所述反应腔的前、后内侧表面上设置有插槽，所述插槽中安装有可拆卸的阴极电极板和阳极电极板，且所述阴极电极板和所述阳极电极板交错堆叠分布，所述阴极电极板和所述阳极电极板的数量以及间距均可调整，所述反应腔的侧面设置有出液口；所述上盖的左、右侧面分别设置有进气口和出气口。

更进一步地，还包括：导流板，可拆卸地设置在所述托台和所述反应腔之间，用于令进入所述反应腔内各处的电解液的流速和压力趋于平衡。

更进一步地，还包括：溢流板，设置在所述反应腔的内部，且位于所述出液口侧，所述溢流板的高度高于所述阴极电极板和所述阳极电极板的高度。

更进一步地，所述上盖中设置有导线接口，供电导线经所述导线接口连接所述阴极电极板和所述阳极电极板。

更进一步地，进入所述反应腔内的电解液为CO₂饱和盐溶液，所述阴极电极板和所述阳极电极板为负载有电催化剂的导电板材。

更进一步地，所述进气口用于引入吹扫气，以将二氧化碳电催化还原反应生成的气态产物和残余CO₂从所述出气口吹离装置。