[发明专利]湿二氧化碳电催化制备合成气的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种湿二氧化碳电催化制备合成气的工艺，属于催化膜反应器应用技术领域。

背景技术

湿CO₂电催化膜反应器主要基于平板状的固体氧化物电解池。CN201310228980.6公开了一种高温共电解的超晶格复合氧电极及其制备方法，该复合氧电极高温密封较困难，阴阳两极很难同时具有良好的抗氧化还原性、热匹配性、化学稳定性、较高的机械性能和平整度等，研究基本处于热力学和动力学模拟阶段。

目前，基于微管式电催化膜反应器将湿二氧化碳电催化制备合成气的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种湿二氧化碳电催化制备合成气的工艺，该工艺首次将微管式电催化膜反应器用于湿二氧化碳电催化制备合成气的领域，且本发明采用的膜反应器体积功率密度高、体积小，传质、传热效率高，机械性能强，更容易保温和密封。

本发明所述的湿二氧化碳电催化制备合成气的工艺，是将微管式电催化膜反应器外接电源构成电解池，湿CO₂通于阴极侧，氦气或其他惰性气体作为吹扫气通入阳极侧得到氧气。

所述微管式电催化膜反应器的制备方法按照以下步骤：

先采用相转化法改进的共纺丝-共烧结工艺制备三层复合陶瓷微管，在烧结后的三层复合陶瓷微管外侧浸渍阳极即形成微管式电催化膜反应器；

其中，共纺丝是采用四环孔喷丝模具进行三层共挤出一步成形；制得的三层复合陶瓷微管由结合紧密的内部金属陶瓷集流层、中间阴极功能层和外部致密电解质层组成，其截面由内至外呈梯度孔结构分布。梯度孔结构分布为常规的结构分布，指的是最内层为大孔，中间层为微孔，外层为无孔。

所述相转化法改进的共纺丝-共烧结具体步骤是：将制得金属陶瓷集流层、阳极功能层和致密电解质层的陶瓷材料分别与聚合物粘结剂、有机溶剂制备成相应的铸膜液，经真空脱气后，再通过四环孔喷丝模具在外压下进行三层共挤出至外凝胶浴中，固化后得到三层复合微管坯体，最后将三层复合微管坯体在空气中自然干燥后进行烧结。

所述聚合物粘结剂优选聚砜、聚醚砜或聚酰亚胺；所述的有机溶剂优选N-甲基吡咯烷酮（NMP）。

本发明中：

（1）所述金属陶瓷集流层陶瓷材料为金属氧化物或者是金属氧化物和电解质的组合，当采用金属氧化物和电解质的组合时，金属氧化物与电解质的质量比为9:1-8:2；

所述金属氧化物优选NiO，也可以选择与之性质相近的Co₂O₃、Fe₂O₃或CuO；

所述电解质为YSZ（(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92）、GDC（Gd_0.1Ce_0.9O_2-α或Gd_0.2Ce_0.8O_2-α）、SDC（Sm_0.2Ce_0.8O_2-α）、LSGM（La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ）、ScSZ（10mol%Sc₂O₃-1mol%CeO₂-ZrO2）或稳定的氧化铋[(ZrO₂)_x(Bi₂O₃)_1-x或(Y₂O₃)_x(Bi₂O₃)_1-x或(Nb₂O₅)_x(Bi₂O₃)_1-x]。