[发明专利]一种电化学催化还原二氧化碳制备甲酸的方法

权利要求书

1.一种电化学催化还原二氧化碳制备甲酸的方法，其特征在于：用全氟磺酸型质子交换膜将电解池分隔为阴极室和阳极室，阴极室电解液为溶解有二氧化碳的有机溶剂、离子液体和水的混合溶液，阳极室电解液为含有支持电解质的水溶液，采用In或Pb、Zn、Sn电极作为阴极，采用石墨电极或玻碳电极、IrO₂·Ta₂O₅涂层钛电极作为阳极，用电解的方法将二氧化碳电还原为甲酸。

2.根据权利要求1所述的电化学催化还原二氧化碳制备甲酸的方法，其特征在于：具体的制备过程如下：

1.1将离子液体溶于含水的有机溶剂中，得到有机溶剂、离子液体和水的混合溶液，将二氧化碳溶入该混合溶液中，然后将溶有二氧化碳的混合溶液作为电解液注入到阴极室中，同时，在阳极室中注入含有支持电解质的水溶液；

1.2接通电解电源进行电解反应，使水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，氢离子经传质过程迁移到阴极，与二氧化碳在阴极上发生电还原反应，生成甲酸；

1.3将溶有甲酸的电解液从阴极室中引出，用蒸馏的方法使甲酸挥发逸出，得到甲酸产品；将分离甲酸后的电解液再次用于溶解吸收二氧化碳，将所得的溶有二氧化碳的电解液重注入到阴极室中，形成电解液循环；阳极反应产物氧气和阴极反应的主要副产物氢气，可分别在阳极室和阴极室上部进行收集。

3.根据权利要求1、2所述的电化学催化还原二氧化碳制备甲酸的方法，其特征在于：阳极室水溶液中的支持电解质为碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸氢钾、磷酸氢钠、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、硫酸氢钠、硫酸氢钾或硫酸中的任一种，其在水中的浓度为0.1-2mol/L；阴极室中的有机溶剂为二甲亚砜、乙腈、四氢呋喃、甲醇、乙醇或碳酸丙烯酯中的一种，或上述有机溶剂的任意混合物，有机溶剂的含水率为5%～15%；离子液体为咪唑或吡啶类离子液体，或上述离子液体的任意混合物，离子液体与有机溶剂混合的液/剂体积比为1:1～6。

4.据权利要求3所述的一种电化学催化还原二氧化碳制备甲酸的方法，其特征在于：咪唑类离子液体的结构式为：

其中，R₁、R₂为C₁-C₅的碳氢链；M、N为连接到碳氢链上的官能团或氢原子，官能团为：—NH2、—CN或—OH；X^-为CF₃SO₃^-、CF₃COO^-、(CF₃SO₂)₂N^-、HCO₃^-、H₂PO₄^-、HSO₄^-、Cl^-、Br^-、I^-；

吡啶类离子液体的结构式为：

其中，R₁、R₂为C₁-C₅的碳氢链；M、N为连接到碳氢链上的官能团或氢原子，官能团为：—NH2、—CN或—OH；X^-为CF₃SO₃^-、CF₃COO^-、(CF₃SO₂)₂N^-、HCO₃^-、H₂PO₄^-、HSO₄^-、Cl^-、Br^-、I^-。

5.据权利要求1、2所述的电化学催化还原二氧化碳制备甲酸的方法，其特征在于：用有机溶剂、离子液体和水的混合溶液溶解吸收二氧化碳，二氧化碳浓度达到0.05～0.69mol/L，液气吸收过程在气体吸收塔中进行。