[发明专利]一种间歇式电解液的电极涂膜法电催化还原CO2

说明书

本发明公开了一种间歇式电解液的电极涂膜法电催化还原CO₂反应方法，可在电催化反应系统中的阴电极上间歇性地喷涂液态电解液膜，增加溶液/催化剂间的接触面积，并在电解液膜上进行CO₂的电催化还原反应，大幅提升反应效率，将CO₂还原为具可应用价值的甲酸、乙烯、乙醇等工业原材料。阴电极选用Bi₂O₃，阳极电解液选用KHCO₃；阳电极选用铂电极，阴极电解液选用KOH；通过气体入口向阴极反应器内通入CO₂气体，控制阴极反应器内气压2.5‑3.0Mpa；反应结束后，打开物料出口，收集反应产物，通过液相色谱仪检测反应产物的浓度。

技术领域

本发明属于化工技术领域，具体涉及一种间歇式电解液的电极涂膜法电催化还原CO₂反应方法。

背景技术

工业发展和人口增长消耗了过多的化石燃料，由于大量化石燃料的消耗，CO₂作为碳材料燃烧最终产物持续在大气中积累，产生了很多问题，如全球温室效应。为应对此环境危机，人们在发展清洁能源方面做了很多的努力，如太阳能、风能、生物能等，以降低对化石能源的依赖。

除利用清洁能源外，二氧化碳直接消减技术也在逐渐兴起，其中电化学还原法是一种非常有潜力的解决方案。该方法利用自然界的可持续能源，如风能，太阳能，潮汐能产生电力，再驱动电化学电解池将CO₂和水转化成增值的燃料和化工产品，称为电燃料。这些生成的电燃料可以被直接储存、利用。电法还原过程中释放的CO₂为主要废物，释放的CO₂会被捕获并反馈给反应器以使得碳循环形成闭合的回路。这种处理方案可实现CO₂再循环并有效抑制CO₂排放，从而降低温室效应的影响。

电化学还原技术成功实现了CO₂的再循环，为有效抑制CO₂排放并降低了温室效应提供了新的解决方法。此外，由电化学 CO₂还原（CRR）生成的增值化工原料和燃料可以有效减轻对于传统化石燃料的依赖。

众多研究者在电化学还原反应效率及产物最终转化率方面开展了大量基础性实验研究。目前通常所用的实验介质为溶液体系，连通阳极、阴极的负载型催化剂分别置于两个不同的容器内，容器内填充不同反应液，并对液体进行搅拌（图1），以增加催化剂与溶液的接触速率，提升反应产物的生成效率。

如图1所示，目前常用的电化学反应器中，液态反应溶液与催化剂直接接触，然后通过持续机械搅动液体相的方法来增大溶液/催化剂间的接触面积及接触效率，从而提高反应效率以及最终反应产物的生成速率。常规反应器中反应液内温度场只能固定均匀分布，无法通过改变同一溶液中的不同区域的温度对最终反应物进行干预性选择，因此无法有效抑制反应中副产品的大量产出，大大削弱了电催化还原反应技术应用的经济性。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种间歇式电解液的电极涂膜法电催化还原CO2反应方法，可在电催化反应系统中的阴电极上间歇性地喷涂液态电解液膜，增加溶液/催化剂间的接触面积，并在电解液膜上进行CO₂的电催化还原反应，大幅提升反应效率，将CO₂还原为具可应用价值的甲酸、乙烯、乙醇等工业原材料。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种间歇式电解液的电极涂膜法电催化还原CO₂反应方法，包括阴极反应器和阳极反应器，阴极反应器和阳极反应器的电极连接至直流电源；

所述阴极反应器为卧式圆筒形密封结构，阴极反应器中后段的内腔中设有若干薄片状的阴电极，各阴电极沿阴极反应器长度方向竖直间隔布设；阴电极通过绝缘结构固定于阴极反应器内壁，各阴电极通过导线连接至直流电源；