[发明专利]具有低温等离子体氮气活化组件的光电催化合成氨反应器

说明书

本发明公开了一种具有低温等离子体氮气活化组件的光电催化合成氨反应器，包括自上到下依次分布的阳极反应器腔室、质子交换膜夹板、阴极反应腔室及等离子体氮气活化组件，该反应器能够解决N≡N键活化困难的问题。

技术领域

本发明涉及一种光电催化合成氨反应器，具体涉及一种具有低温等离子体氮气活化组件的光电催化合成氨反应器。

背景技术

氨作为重要的化工原料，在化肥，能源，生物分子等方面都有重要地位。每年人类消耗的能源中约有2％用于制造氮基肥料，碳排放量约占全世界总碳排放量的1.6％。目前，工业合成氨使用Haber-Bosch工艺，这是一种高能量输入的合成方式，需要高温(400-500℃)和高压(150-250atm)才能较为有效地将N₂和H₂转化为NH₃。为了更好实现NH₃的可持续生产以及减少温室气体排放，光电催化合成氨得到了长足的发展。使用阳光和半导体光催化剂进行光催化合成NH₃是将N₂还原为NH₃的一种更有前景的策略。

目前对于NRR反应，半导体光电催化剂的发展已经趋于平稳，但总体活性还未达到较高水平。主要原因为N≡N键活化困难和具备强化作用反应器的缺乏。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种具有低温等离子体氮气活化组件的光电催化合成氨反应器，该反应器能够解决N≡N键活化困难的问题。

为达到上述目的，本发明所述的具有低温等离子体氮气活化组件的光电催化合成氨反应器包括自上到下依次分布的阳极反应器腔室、质子交换膜夹板、阴极反应腔室及等离子体氮气活化组件。

所述阳极反应器腔室包括自上到下依次分布的上盖板、阳极集流板及阳极电解液流动池，阳极集流板上夹持有阳极，所述阳极为金属阳极催化剂。

阴极反应腔室包括自上到下依次分布的阴极电解液流动池、阴极集流板及筛孔板，阴极集流板上沉积有铜纳米线结构的泡沫铜作为阴极。

等离子体氮气活化组件包括自上到下依次分布的等离子体氮气活化腔室及底部盖板。

等离子体氮气活化腔室内部设置若干组相对分布的空心不锈钢管，空心不锈钢管上位于等离子体氮气活化腔室内的一端为放电尖端，等离子体氮气活化腔室的侧面开孔。

阳极集流板及阴极集流板的内框内均设置有催化剂，其中，催化剂的外端面与阳极集流板及阴极集流板相接触，阳极集流板及阴极集流板与外界电源相连接。

质子交换膜夹板内部分别有井字形质子交换膜固定梁，质子交换膜固定于所述井字形质子交换膜固定梁上。

阳极电解液流动池及阴极电解液流动池的侧面均分别设置进口及出口。

上盖板、阳极集流板、阳极电解液流动池、质子交换膜夹板、阴极电解液流动池、阴极集流板、筛孔板、等离子体氮气活化腔室及底部盖板之间通过螺丝相连接。

上盖板、阳极集流板、阳极电解液流动池、质子交换膜夹板、阴极电解液流动池、阴极集流板、筛孔板、等离子体氮气活化腔室及底部盖板之间设置有硅橡胶垫片。

本发明具有以下有益效果：