[发明专利]由二氧化碳生产羧酸的综合方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及电化学反应领域，尤其涉及由二氧化碳制备羧酸的方法和/或系统。

背景技术

在生产活动中，如发电、运输以及生产，化石燃料的燃烧每年都会产生数十亿吨的二氧化碳。自二十世纪七十年代以来的研究表明，大气中二氧化碳浓度的增加可能就是全球气候变化的原因，如海洋pH值的变化以及其它潜在的杀伤效应。世界各国，包括美国，都正在寻找减少二氧化碳排放的方法。

一种实现方式是将二氧化碳转化为对经济有用的物质，比如燃料和工业化学品。如果使用再生能源的能量转化二氧化碳，减少二氧化碳的排放和将可再生能源转化为可以被存储以备后用的化学形态都是有可能的。电化学及光化学途径可以成为二氧化碳转换机制。

优选实施例概述

本发明提供包括羧酸及盐的羧酸基化合物的生产的方法和系统。一种草酸生产方法可包括在电化学电池带有阳极的阳极电解液区域接收阳极电解液供给，在电化学电池带有阴极的阴极电解液区域接收含有二氧化碳和碱金属氢氧化物的阴极电解液供给。该方法可包括在阳极和阴极之间施加一足够电势，以通过热反应器还原二氧化碳为至少一种还原产物，并转化该还原产物及碱金属氢氧化物为碱金属草酸盐。该方法可进一步包括在电化学酸化电解槽接收碱金属草酸盐，并将该碱金属草酸盐转化为草酸。

上述的概括说明和以下的详细说明都应该被理解为是该发明的典型例子和起解释作用的例子，并不能限制本发明。包含在说明书内并组成说明书的一部分的图示，阐述了该发明的具体实施方案，并和概括说明共同解释该发明的原理。

附图简要说明

通过参考下列附图，本领域技术人员可更好地理解本发明多个特点：

图1A描述根据本发明的实施例所述的以二氧化碳电化学产生一氧化碳为起始的草酸生产系统；

图1B描述根据本发明的实施例所述的利用阳极电解液中溴化氢联产溴的草酸生产系统；

图2A描述根据本发明的实施例所述的以二氧化碳电化学产生甲酸盐为起始的草酸生产系统；

图2B描述根据本发明的实施例所述的通过二氧化碳电化学产生甲酸盐并利用阳极电解液中卤化氢联产溴的草酸生产系统；

图3描述根据本发明的实施例所述的利用二氧化碳生产甲酸钾的系统；以及

图4描述根据本发明的实施例所述的草酸钾的电化学酸化系统。

具体实施方式

将会详细介绍本发明的现有优选的实施方案，实施方案中的实施例通过附图阐明。

本发明提供包括羧酸和羧酸盐的羧酸基化合物的生产方法和系统。该方法可通过电化学电池反应，利用二氧化碳原料制备一氧化碳或甲酸钠。可通过与碱金属氢氧化物的热反应，将例如两个甲酸钠分子结合为草酸钠产物。草酸钠随后可通过膜基电化学酸化过程转化为草酸，其中阳极处形成的质子（H⁺离子）可被用于取代钠离子，阴极处钠离子可被捕获成为氢氧化钠，并被回收用作分子间缩合过程的碱金属氢氧化物。

在详细解释本发明的任何实施方案之前，应该理解为下述的实施方案不能限制接下来的权利要求的范围。同样的，也应该理解为这里使用的措辞和术语是为了说明的目的而不应该被认为是限制。术语的应用，如“包含”、“由…组成”或“具有”以及各种变化都意味着包含其后列出来的内容以及其中同附加项一样的等价物。进一步的，除非有其它说明，技术术语按照传统用法使用。进一步的，相似的参考数据可以描述类似的组分和等价物。

参见图1A，描述根据本发明的实施例所述的以二氧化碳电化学产生甲酸盐为起始的生产二羧酸（如草酸）的系统100。系统100可包含一电化学电池110。该电化学电池110（还可称为容器、电解槽或电池）可以作为分隔型电解槽使用。该分隔型电解槽可以是分隔型电化学电池和/或分隔型光电化学电池。该电池110可包括阳极电解液区域和阴极电解液区域。阳极电解液区域和阴极电解液区域可以为隔室、隔断或通常意义的密闭空间以及其它不违背本发明精神和范围的形式。

阴极电解液区域可包括阴极。阳极电解液区域可包括阳极。能量源（图中未显示）可在电化学电池110的阳极与阴极之间产生一电势。该电势可为一直流电压。能量源可为电化学电池110提供一可变电压或恒定电流。分离器可选择性地控制阳极电解液区域和阴极电解液区域之间的离子流。该分离器可包括一离子导电膜或隔膜材料。

当使用硫酸作为阳极电解液时，电化学电池110可进行电化学电池中二氧化碳的电化学还原反应，生成阴极产物一氧化碳和氢，以及阳极产物氧。