一种CO制造技术

本发明专利技术公开了一种CO

【技术实现步骤摘要】
一种CO2电化学转化制石墨烯的方法
本专利技术属于电化学技术及CO2资源化利用领域，涉及一种CO2电化学转化制石墨烯的方法。
技术介绍
随着全球温室效应不断加剧，气候异常、自然灾害频发、海平面上升等衍生问题正威胁着人类的生存和发展。CO2是最主要的温室气体，抑制温室效应关键在于控制二氧化碳的排放。以化石燃料为主要能源的火电厂是最大的集中排放源，电厂烟道气中CO2占总碳排放量的37.5％。对于我国而言，目前电力仍主要靠燃煤电厂供应，面临着巨大的碳减排压力。CO2捕集和封存利用(CCUS)是我国践行低碳发展战略的重要技术选择。经过多年发展，国内外的CO2捕集技术已发展地较为成熟，完成了前期研发和项目示范，商业化的CO2捕集已经开始运营。但是，CO2的资源化利用技术发展相对滞后，尚处于起步阶段。将CO2转化成为更具附加值的能源、化工原料和精细化学品，能够显著降低CCUS全流程的成本，使其有广泛的应用价值。利用CO2转化制甲醇、甲酸、合成气、甲烷等技术相继被提出，但上述产品附加值都不足以显著提升CO2的利用价值。石墨烯独特的微结构特征使其具有透光率高、导电性极好、热导率高、机械性能强、比表面积大等优异特性，在新能源、储能和电子器件等领域展现出广阔的应用前景。众所周知，石墨层片之间以较弱的范德华力结合，采用利用机械、物理或化学的方法可以实现层片间的有效分离，剥离获得石墨烯产品。到目前为止，石墨烯的制备技术仍是制约其广泛应用的瓶颈之一，低成本、大批量制备高质量、高纯度石墨烯的技术仍需不断探索。电化学剥离法是一种新兴的方法，与传统方法相比具有快速高效、绿色环保、低成本等优点，为石墨烯的制备提供了新的路径。CO2裂解可制备多种形式的碳材料，通过电化学剥离法将碳材料进一步转化成高附加值至石墨烯对于CCUS的推广具有重要的意义。因此，本领域需要开发一种CO2电化学转化制石墨烯的系统和方法，以高附加值石墨烯作为目标产物，在CO2捕集基础上实现深度资源化利用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种CO2电化学转化制石墨烯的方法，该方法能够制备得到石墨烯，且具有高效、绿色环保且成本低的特点。为达到上述目的，本专利技术所述的CO2电化学转化制石墨烯的方法包括以下步骤：1)向电解装置中通入CO2气体，其中，电解装置中的电解质为熔融碳酸盐，并将电解电源与电解装置接通，在电解装置中发生电化学解离反应，并在电解装置的阴极上生成碳纳米片，其中，所述碳纳米片包裹于阴极上；2)将包裹有碳纳米片的阴极作为剥离阳极插入剥离电解装置的电解液中，同时插入于剥离阴极，并接通剥离电源，在剥离电解装置中，在电场的作用下电解液中的离子进入到碳纳米片内部，内部水电解产生气体，以电化学剥离碳纳米片，获得石墨烯悬浊液；3)将步骤2)得到的石墨烯悬浊液进行离心分离，并洗涤去除可溶性杂质，得固体产物；4)将步骤3)得到的固体产物进行冷冻干燥脱除水分，得石墨烯。步骤1)中，熔融碳酸盐为Li2CO3、Na2CO3及K2CO3中的一种或几种的混合物，电化学解离反应过程中的反应温度为650℃-850℃。电解装置中的阴极为不锈钢丝网，电解装置中的阳极为不锈钢板或者镍铬铁合金板，所述不锈钢丝网表面镀有Zn、Ni或Cr，电解装置中阳极的表面镀有Pt或Ir，电解装置中相邻阳极与阴极之间的间距为1cm-3cm。电解装置中发生的电化学解离反应为间歇操作型，反应过程中连续通入CO2气体。电解装置中发生电化学解离反应过程中，电解电源的输出电流分为三个连续的阶段，其中，第一阶段的电流密度为0.5A/m2-2A/m2，持续时间为5min-15min；第二段的电流密度为4A/m2-5A/m2，持续时间为3min-6min；第三段的电流密度为15A/m2-30A/m2，持续时间为200min-400min。剥离阴极为镀有Pt的不锈钢电极，且剥离阴极与剥离阳极之间通过再生纤维素基透析膜或者改性纤维素基透析膜隔离。剥离电解装置中的电解液为浓度为0.2mol/L-2mol/L的(NH4)2SO4溶液、Na2SO4溶液或K2SO4溶液。剥离电源输出电流的密度为10～20A/m2，持续时间为6～12h。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的CO2电化学转化制石墨烯的方法在具体操作时，采用CO2电化学解离与电化学剥离技术相结合制备石墨烯，具体的，先向电解装置中通入CO2气体，其中，电解装置中的电解质为熔融碳酸盐，利用电化学解离的方式在阴极上生成碳纳米片，然后将包裹有碳纳米片的阴极作为剥离阳极，利用电化学剥离，以制备石墨烯，操作方便、简单，成本较低，同时制备效率高，绿色环保，相比于传统工艺，显著提高了产品附加值，且生产工艺流程简单，易于实现规模化生产。附图说明图1为电解装置的结构示意图；图2为剥离电解装置的结构示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细描述：参考图1及图2，本专利技术所述的CO2电化学转化制石墨烯的方法包括以下步骤：1)向电解装置中通入CO2气体，其中，电解装置中的电解质为熔融碳酸盐，并将电解电源与电解装置接通，在电解装置中发生电化学解离反应，并在电解装置的阴极上生成碳纳米片，其中，所述碳纳米片包裹于阴极上；其中，熔融碳酸盐为Li2CO3、Na2CO3及K2CO3中的一种或几种的混合物，电化学解离反应过程中的反应温度为650℃-850℃；电解装置中的阴极为不锈钢丝网，电解装置中的阳极为不锈钢板或者镍铬铁合金板，所述不锈钢丝网表面镀有Zn、Ni或Cr，电解装置中阳极的表面镀有Pt或Ir，电解装置中相邻阳极与阴极之间的间距为1cm-3cm。电解装置中发生的电化学解离反应为间歇操作型，反应过程中连续通入CO2气体，电解装置中发生电化学解离反应过程中，电解电源的输出电流分为三个连续的阶段，其中，第一阶段的电流密度为0.5A/m2-2A/m2，持续时间为5min-15min；第二段的电流密度为4A/m2-5A/m2，持续时间为3min-6min；第三段的电流密度为15A/m2-30A/m2，持续时间为200min-400min。CO2解离过程中，以Li2CO3为例，阴极处发生的反应为：LiCO3+4e→LiO+C纳米片+2O2-阳极处发生的反应为：2O2-→O2+4e反应过程中连续向电解装置中的电解质内补充CO2：LiO+CO2→LiCO3；2)将包裹有碳纳米片的阴极作为剥离阳极插入剥离电解装置的电解液中，同时插入于剥离阴极，并接通剥离电源，在剥离电解装置中，在电场的作用下电解液中的离子进入到碳纳米片内部，内部水电解产生气体，以电化学剥离碳纳米片，获得石墨烯悬浊液；剥离阴极为镀有Pt的不锈钢电极，且剥离阴极与剥离阳极之间通过再生纤维素基透析膜或者改性纤维素基透析膜隔离。剥离电解装置中的电解液为浓度为0.2mol/L-2mol/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种CO

【技术特征摘要】
1.一种CO2电化学转化制石墨烯的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)向电解装置中通入CO2气体，其中，电解装置中的电解质为熔融碳酸盐，并将电解电源与电解装置接通，在电解装置中发生电化学解离反应，并在电解装置的阴极上生成碳纳米片，其中，所述碳纳米片包裹于阴极上；
2)将包裹有碳纳米片的阴极作为剥离阳极插入剥离电解装置的电解液中，同时插入于剥离阴极，并接通剥离电源，在剥离电解装置中，在电场的作用下电解液中的离子进入到碳纳米片内部，内部水电解产生气体，以电化学剥离碳纳米片，获得石墨烯悬浊液；
3)将步骤2)得到的石墨烯悬浊液进行离心分离，并洗涤去除可溶性杂质，得固体产物；
4)将步骤3)得到的固体产物进行冷冻干燥脱除水分，得石墨烯。


2.根据权利要求1所述的CO2电化学转化制石墨烯的方法，其特征在于，步骤1)中，熔融碳酸盐为Li2CO3、Na2CO3及K2CO3中的一种或几种的混合物，电化学解离反应过程中的反应温度为650℃-850℃。


3.根据权利要求1所述的CO2电化学转化制石墨烯的方法，其特征在于，电解装置中的阴极为不锈钢丝网，电解装置中的阳极为不锈钢板或者镍铬铁合金板，所述不锈钢丝网表面镀有Zn、Ni或Cr，电解装置中阳极的表面镀有Pt或Ir，电解装置中相邻阳极与阴极之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：任志博，张畅，余智勇，郜时旺，刘练波，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11