[发明专利]一种CO2

说明书

本发明涉及能源转化与储存技术领域，尤其涉及一种CO₂催化还原装置和方法。本发明的CO₂催化还原装置包括摩擦纳米发电机和微等离子体组件；所述微等离子体组件包括放电电极和工作电极板；所述放电电极和工作电极板分别与所述摩擦纳米发电机的两个输出端通过导线连接；所述工作电极板与放电电极相对的一面负载有CO₂还原催化剂，本发明的装置可以利用机械能实现低温下CO₂分子的催化还原反应。

技术领域

本发明涉及能源转化与储存技术领域，尤其涉及一种CO₂催化还原装置和方法。

背景技术

随着人类过渡使用化石资源，导致大量的CO₂气体排放，引起严重的环境问题和能源危机。CO₂不仅仅是一种重要的温室气体，也是一种取之不尽、用之不竭的碳资源。将其转化为高附加值的化学品和燃料是同时解决能源和环境问题的一种具有前景的途径。由于CO₂分子的热力学和动力学惰性，导致其转化需要大量的能量摄入或过量的助剂。从热力学的角度，传统的加热方式断裂CO₂，需要在非常苛刻的条件下进行，并且转化率很低。此外，目前热催化转化所需的能量主要通过化石资源的燃烧获得，不能从根本上解决 CO₂排放量增加的问题。从理想途径上讲，CO₂还原所采用的能源最好来自清洁的、储量丰富的、可再生的能源。

机械能包括风能、水能、海洋能、雨滴能等，是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，具有为化学反应提供能量来源的潜能，然而目前尚未有采用机械能实现室温下高效还原CO₂的先例。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CO₂催化还原装置和方法，可以利用机械能实现低温下CO₂分子的催化还原反应。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种CO₂催化还原装置，包括摩擦纳米发电机和微等离子体组件；所述微等离子体组件包括放电电极和工作电极板；所述放电电极和工作电极板分别与所述摩擦纳米发电机的两个输出端通过导线连接；所述工作电极板与放电电极相对的一面负载有CO₂还原催化剂。

优选的，所述摩擦纳米发电机为独立层式、单电极式、平动式或滑动式的摩擦纳米发电机。

优选的，所述放电电极为放电探针或者为放电电极板。

优选的，所述摩擦纳米发电机和微等离子体组件之间还包括整流桥，所述整流桥的两个交流输入端与所述摩擦纳米发电机的两个输出端电连接，所述整流桥的两个直流输出端分别与放电电极和工作电极板电连接。

优选的，所述CO₂还原催化剂包括氧化硅、氧化镍、氧化铁、氧化钛、氧化锌、氧化铜、氧化铟、氧化铝、氧化钴、氧化钒、氧化铬、氧化锗、氧化铁、氧化锰、氧化锆、三氧化二铋、氧化钙、氧化铈、钛酸锶、氧化镁、四氧化三钴、氧化镓和钛酸钡中的一种或多种。

优选的，所述CO₂还原催化剂的负载量为1～10mg/cm²。

本发明提供了一种CO₂催化还原方法，包括以下步骤：将上述方案所述的CO₂催化还原装置的微等离子体组件置于含有CO₂的环境中，使摩擦纳米发电机工作输出电压，驱动所述微等离子体组件产生微等离子体，所述微等离子体与工作电极板表面的CO₂催化剂对CO₂进行催化还原。

优选的，所述摩擦纳米发电机的转速大于0rpm且小于等于1000rpm。

优选的，所述微等离子体组件的放电距离大于0mm且小于等于0.25mm。