[发明专利]一种生产高纯碳酸盐的解耦式二氧化碳矿化膜电解系统

权利要求书

1.一种生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，该方法包括外置电源，电化学PCET反应，高浓度酸的萃取与提纯和非电化学反应还原再生四个主要流程；其中，外置电源为电化学反应提供能量，阳极发生有机PCET反应物的氧化反应，释放H⁺使阳极液酸度提升，通过萃取剂将富酸阳极液中的酸性溶液萃取提纯，并用以处理天然矿物或碱性固废；阴极发生电化学析氢反应使阴极液碱度升高，用于吸收阳极区处理天然矿物或碱性固废生成的CO₂生成HCO₃^-离子，阳极区的阳离子通过阳离子交换膜到达阴极侧，与阴极侧的HCO₃^-生成高纯碳酸氢盐，最终，阴极产生的氢气在催化剂的作用下用以还原阳极的有机PCET反应物，实现阳极液的再生；

在阳极侧，设置有萃取塔、酸溶反应器和沉淀反应器，阳极侧电化学产生的H⁺在阳极区形成富酸溶液，富酸溶液与有机PCET氧化态反应物一起通入萃取塔，在萃取剂作用下将酸溶液与有机PCET氧化态反应物分离，酸溶液通入酸溶反应器，与天然矿物或碱性固废反应生成CO₂与钙盐溶液；CO₂循环至阴极侧CO₂吸收塔，钙盐溶液通入沉淀反应器与芒硝反应生成CaSO₄沉淀与钠盐电解质，钠盐电解质进入电解槽阳极侧循环利用；在阳极侧还设置有反萃塔和还原再生塔，有机PCET反应物Q与萃取剂混合溶液通入反萃塔，通过反萃剂实现萃取剂与有机PCET反应物Q的再分离，高效萃取剂循环回萃取塔；富含有机PCET氧化态的物质Q进入还原再生塔，在铂催化剂的环境下，与阴极侧气液分离器分离出的H₂发生非电化学还原生成QH₂；

所述方法中所采用的生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解系统，该系统包括外置电源和电解反应器，电解反应器为电解槽结构，包括阴阳极和将阴阳极分隔开的阳离子交换膜，阳极采用石墨毡电极，阳极装填有机PCET反应物和电解质；阴极为析氢电极，阴极装填碱液。

2.如权利要求1所述的生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，所述的有机PCET反应物的电极电位须高于析氢反应电位，确保非电化学还原反应的自发进行；有机PCET反应物在使用环境下需发生可逆或准可逆的电子e^-/质子H⁺转移反应，确保阳极液的电化学酸化；有机PCET反应物包括但不限于钨酸、咯嗪、吩嗪、醌及其衍生物。

3.如权利要求1所述生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，所述的萃取剂包括但不限于醋酸丁酯、乙酸乙酯、氯仿、甲苯、有机磷酸、有机磺酸或羧酸。

4.如权利要求1所述生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，所述的催化剂为Pt、Pt/C、Pd/C或Ni。

5.如权利要求1所述生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，在阴极侧，设置有气液分离器、CO₂吸收塔和碳酸盐结晶塔；在电流的作用下，阴极发生电化学还原反应分解水产生H₂和OH^-，使阴极液碱度增加，富碱阴极液通入气液分离器，分离H₂和阴极液，阴极液通入CO₂吸收塔用于矿化CO₂产生NaHCO₃，富NaHCO₃溶液通入碳酸盐结晶塔，生产高纯碳酸盐产品，其母液循环至电池阴极侧。

6.如权利要求1所述生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，在还原再生塔出口，富含QH₂的阳极液循环通入电解槽阳极室，实现有机PCET反应物的稳定循环。

7.如权利要求1所述生产高纯碳酸盐的解耦式CO₂矿化膜电解方法，其特征在于，所述的反萃剂包括但不限于稀酸液、水和碳酸盐溶液。