[发明专利]一种适用于亚/超临界水环境的多功能电化学研究平台

说明书

本发明公开了一种适用于亚/超临界水环境的多功能电化学研究平台，属于高温高压水环境电化学研究领域。本发明采用亚/超临界水电化学研究装置，实现高温高压水环境中的原位实时电化学测试以及电化学合成实验；通过亚/超临界水主回路实现系统内的溶液循环；通过超临界压力供气模块和气体溶解控制模块的配合使用，可提高溶液中溶解气体的浓度上限，同时，高浓度的溶解气体有利于电化学催化合成。本发明通过巧妙设计由一体式耐温压感应元件、耐压引壳以及耐高温高压绝缘密封件等构成的主电极，以及设置加热装置、高压管道增压泵等，使得该平台可以适用于高达500℃的超临界水环境下的电化学腐蚀测试及电化学合成研究。

技术领域

本发明属于高温高压水环境电化学研究设备技术领域，具体涉及一种适用于亚/超临界水环境的多功能电化学研究平台。

背景技术

超临界水是指温度和压力超过其临界点(374.15℃、22.1MPa)的特殊状态的水，其具有优越的导热、蓄热能力，已被广泛用作大型热力火电机组及未来超临界水冷堆核电站热力介质。此外，相较于常温常压条件下的水而言，超临界水的主要物性参数如密度、黏度、离子积和介电常数等均明显下降，扩散系数较高、传质性能好，可与氧气、氮气等非极性气体及绝大多数有机物完全互溶。超临界水的这些优异特性推动了超临界水作为反应物、反应媒介在有机污染物无害化处理与资源化利用、新材料制备、新能源合成和电化学能源转化等领域的迅速发展。亚临界水是指温度在沸点以上、临界点以下，具有一定的压力可以使其自身处于高密度液态的特殊水，应用前景广泛。例如亚临界水萃取技术可用于环境样品分离及测定，亚临界水热液化技术可实现生物质向生物油的转化。

在亚/超临界水的恶劣环境中，高浓度的溶解氧/氢/二氧化碳等、苛刻的温度高压条件、极端的pH值以及某些无机离子的存在，通常会对金属及合金材料造成严重的腐蚀。而服役于亚/超临界水环境的设备，则会因相关组件的腐蚀问题无法长期运行，严重时还会造成重大安全事故。为了研究材料在高温高压水环境中的电化学腐蚀行为，需要进行原位电化学测试；同时，在以高温高压水为媒介进行电化学合成和能源转化的相关研究时，也需要对诸如pH值和溶解氧量等反应器内部环境条件进行监测。此外，在材料合成领域，受化学平衡影响，传统的材料合成往往效率不高，开发性能更好的催化剂是解决办法之一，但是随之而来的高昂费用和新型催化剂难以工程应用等问题仍然难以解决；另一种思路是通过超临界流体技术打破化学平衡限制，超临界流体兼有气体和液体的性质，具有与液体接近的密度和与气体接近的黏度和扩散特性，有较好的萃取能力与传递性能，利用这些特性可以提高化学反应的转化率或选择性，因此亚/超临界流体技术在材料的电化学合成领域也将具有广泛的应用前景。

然而无论是亚/超临界水体系下电化学腐蚀行为的原位在线研究，还是采用亚/超临界技术进行电化学合成与能源转化，都需要具备超临界水条件的电化学研究平台，但是，由于高温高压环境下的密封绝缘、电极稳定性等问题的存在，导致现有技术缺少能够适用于亚/超临界水体系的电化学研究设施；同时，传统的研究平台无法在测试溶液中溶解高浓度气体，可供研究的气体浓度范围有限。

因此，亟需一种适用于亚/超临界水体系的电化学研究平台，以满足在亚/超临界水体系下的电化学腐蚀行为在线测试、电催化合成研究等方面的迫切需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适用于亚/超临界水环境的多功能电化学研究平台，能够有效解决现有技术无法在测试溶液中溶解高浓度气体，可供研究的气体浓度范围有限等问题，以实现在亚/超临界水体系下的电化学腐蚀行为在线测试、电催化合成研究等方面的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种适用于亚/超临界水环境的多功能电化学研究平台，包括亚/超临界水电化学研究装置、亚/超临界水主回路、超临界压力供气模块和气体溶解控制模块；