[发明专利]一种相界面电化学催化还原二氧化碳制备一氧化碳的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种相界面电化学催化还原二氧化碳制备一氧化碳的方法及装置，属于二氧化碳资源化利用与可再生能源储能技术领域。

背景技术

将二氧化碳转化为甲醇，用做汽油替代燃料或基础化工原料，是化学工业极为关注的重大研究方向。本项发明采用二氧化碳、水为原料，用两步法合成甲醇，技术路线如图1所示：第一步，以可再生电能（风力发电、太阳能光伏发电、潮汐能发电等）为外部电能供应，用电化学催化还原的方法将二氧化碳、水转化为一氧化碳、氢气；第二步，用工业制甲醇的传统方法将一氧化碳氢化还原为甲醇。通过这种途径，可以将可再生能源转化为化学能储存在液态甲醇燃料中，使之成为易于存储、便于携带、能够运输的能源形式。

如图1所示，由于电解水制氢和一氧化碳氢化还原制甲醇技术都是较为成熟的工业技术，因此，要将二氧化碳、水转化为甲醇，需要解决的核心关键问题之一，就是要开发出一种有效的电化学方法，能够将二氧化碳连续高效地电还原为一氧化碳。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种相界面电化学催化还原二氧化碳制备一氧化碳的方法及装置。该方法采用含有支持电解质的水溶液为阳极电解液，采用与水不互溶且溶有大量二氧化碳的有机电解液为阴极电解液，选用对电还原二氧化碳制一氧化碳具有高选择性的电极材料为阴极，选用惰性电极为阳极，共同构成电解装置系统，由于选定的阴、阳极电解液不互溶，二者中间形成相界面，由此构成相界面电化学催化还原，本发明通过以下技术方案实现。

本发明涉及的电化学反应：

阳极反应：                                                   

阴极反应：    

阴极副反应：  

一种相界面电化学催化还原二氧化碳制备一氧化碳的方法，采用与水不互溶且溶有大量二氧化碳的有机电解液为阴极电解液，选用含有支持电解质的水溶液为阳极电解液，阴、阳极电解液之间不互溶，二者中间形成相界面，通过电化学催化还原二氧化碳制备得到一氧化碳。

所述阴极电解液中支持电解质为季铵盐、咪唑类离子液体或吡啶类离子液体，或上述支持电解质的任意混合物；阴极电解液中所使用的有机溶剂为碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯和二氯甲烷中的任一种，或上述有机溶剂的任意混合物；

作为阴极电解液支持电解质的季铵盐的化学结构式为：

R₁、R₂、R₃、R₄为C₁-C₅的碳氢链；X^-为ClO₄^-、(CF₃SO₂)₂N^-、CF₃SO₃^-、CF₃COO^-、HCO₃^-、H₂PO₄^-、HSO₄^-、Cl^-、Br^-、I^-；

作为阴极电解液支持电解质的咪唑类离子液体的化学结构式为：

R₁、R₂为C₁-C₅的碳氢链；M、N为连接到碳氢链上的氢原子或官能团，官能团为：—CN或—NO₂；X^-为(CF₃SO₂)₂N^-、CF₃COO^-、CF₃SO₃^-、HCO₃^-、HSO₄^-、H₂PO₄^-、Br^-、Cl^-、I^-；

作为阴极电解液支持电解质的吡啶类离子液体的化学结构式为：