[发明专利]一种阳极氧化强化二氧化碳还原的装置及其方法

说明书

本发明公开了一种阳极氧化强化二氧化碳还原的装置及其方法，所述装置分为阴极区和阳极区两个反应区，反应区中，气相入口和气相出口分别设置在反应区的底部和顶部，液相入口和液相出口分别设置在反应区接近底部和顶部的侧面外壁上，气体分布器位于配水区内部，与气相入口相连，配水区与反应室通过布水板相连，配水区位于反应室下方；阴、阳极配水区不相连，阴、阳极反应室通过阳离子交换膜相连；阴极反应室内部填充负载型催化剂粒子电极，侧面内壁上设置阴极；阳极反应室侧面内壁上设置阳极。与传统方法相比，本发明的方法可节约电能30～60％，CO₂利用效率高于80％，SO₂氧化效率达到95％以上。

技术领域

本发明涉及二氧化碳资源化的技术领域，尤其涉及一种阳极氧化强化二氧化碳还原的装置及其方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)转化是清洁能源利用的重要内容，电化学法因反应条件温和、产物可控等优势近年来成为CO₂利用领域的研究热点之一；但能量输入与产出的失衡自CO₂电还原方法诞生时起就一直困扰着该技术的实用化发展，尤其是醇类的产率不高和能耗大。

当前，从降低催化剂和电极材料造价来优化运行成本的方法已经很多，但可选择的高效且廉价的材料并不多，使得成本优化程度有限；阳极氧化、阴极还原两个半反应的电极电位差值与操作电压密切相关，由于具有较高电极电位的CO₂活化为低电位·CO₂^-的单电子转移过程不可避免，故降低氧化反应电极电位以减小操作电压成为实现深度节能的另一策略。而大部分研究均以动力学进程缓慢、电极电位较高的析氧(1.23V vs SHE)作为半反应，致使电化学还原CO₂电解电压过高(析氧和合成·CO₂^-的氧化还原电位差)。

此外，燃煤烟气中的二氧化硫排放到大气中会造成环境污染，危害人体健康，作为环境空气质量标准严格控制的污染物，需加大力度控制治理。脱硫工程系统复杂，配套设备种类繁多，需大规模的烟气升温和排水处理装置。二氧化硫的处理费用，耗费了高昂的成本。

发明内容

为了实现深度节能并产生经济效益，本发明依托已有的电极材料研发水平，从氧化半反应构建入手，提供一种阳极氧化强化二氧化碳还原的装置及其方法。

本发明的是通过以下技术方案实现的：

一种阳极氧化强化二氧化碳还原的装置，所述装置分为两个部分，阴极区和阳极区，所述阴极区和阳极区均包括气相入口、液相入口、气体分布器、配水区、布水板、反应室、气相出口、液相出口；

其中，气相入口设置在配水区下方，气体分布器位于配水区内部，与气相入口相连，液相入口设置在配水区侧面外壁上，配水区与反应室通过布水板相连，配水区位于反应室下方，反应室上方设置气相出口，反应室侧面外壁上设置液相出口；

所述阴极配水区与阳极配水区不相连，所述阴极反应室与阳极反应室之间通过阳离子交换膜相连；

所述阴极反应室内部填充负载型催化剂粒子电极，侧面内壁上设置阴极，所述阴极为玻碳电极、修饰玻碳电极、铜基氧化物电极中的一种；

所述阳极反应室侧面内壁上设置阳极，所述阳极为钛基涂敷催化材料或复合涂层DSA。

所述负载型催化剂粒子电极，载体包括活性炭、氧化铝、分子筛、碳纤维管，催化剂包括TiO₂、Cu₂O、CuO、Cu₂O-ZnO。

所述修饰玻碳电极为Sb-Pb/GC。