一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法技术

一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，目的是提出一种适合于电解水煤浆制氢的廉价的高活性和高稳定性的电极，以实现电解水煤浆制氢的高效运行。本发明专利技术以石墨毡作为电解水煤浆制氢的电极，实现了电解水煤浆制氢的高效运行。本发明专利技术提供了一种高效电解水煤浆制氢的实施方法，所提出的石墨毡电极价格低廉且稳定性好，可有效地降低电解水煤浆制氢的成本，并提高制氢速率，适宜规模化应用和推广。适宜规模化应用和推广。适宜规模化应用和推广。

【技术实现步骤摘要】
一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法


[0001]本专利技术属于电解制氢
，具体涉及一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法。

技术介绍

[0002]氢气是一种高能量密度(143MJ/kg)的清洁能源，被认为是最具前景的能源载体，将在未来的能源系统中扮演着重要的作用。水电解能以快速简单的方式生产氢气，且能够与可再生能源和峰谷电相结合，被认为是一种最佳的生产氢气的方式。然而，水电解是一个高能耗过程，这使其不具经济性。因此，推动水电解制氢的工业化应用关键在于降低该过程的能耗，即降低电解水制氢的槽电压。
[0003]目前，可通过两种方式降低水电解制氢的能耗：一种是发展高活性和高稳定性的催化剂，降低电极反应的过电势，使电极反应尽可能在理论电势下进行；另一种是采用相对易于发生的化学反应取代缓慢的水电解的阳极的析氧反应，该方式被称为化学辅助电解水。第一种方式只能使电解电压更接近于理论电压1.23V，但第二种方式可以在低于1.23V的电压下进行反应，不仅可以使制氢的能耗显著地降低，而且可以生产高价值产品。以煤的氧化反应取代水电解的阳极的析氧反应，既可以实现降低制氢能耗，又可以实现煤的高值化转化，该过程被称为电解水煤浆制氢，是一种具有前景的煤炭利用方式。
[0004]我国低阶煤储量丰富，但具有高含氧、高含水等特点，造成当前已获得广泛应用的各类高阶煤利用技术无法适用于低阶煤。此外，可再生能源在我国能源结构中的占比逐年上升，2019年，我国可再生能源发电装机达7.94亿千瓦，增长9％。然而，可再生能源发电不能长时间持续、稳定地输出电能，产生了大量的“弃风、弃水、弃光”，造成资源的极大浪费。然而，通过电解水煤浆制氢技术，既可以实现对丰富的低阶煤资源的高值化利用，又可实现可再生能源发电的规模化储存，同时具有制氢能耗低等显著优点。如何高效地实现电解水煤浆制氢是一直以来被关注的问题，解决该问题的关键在于提出一种适合于电解水煤浆制氢的廉价的高活性和高稳定性的电极。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决目前电解水煤浆制氢的速率低的问题，提供一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，所述方法具体步骤为：
[0008]步骤一、原料细化：将原煤依次进行破碎、研磨和筛分，使粒度小于200目，得到细化煤粉；
[0009]步骤二、水煤浆的制备：将细化煤粉和铁离子加到酸溶液中，得到水煤浆混合物；所述细化煤粉：铁离子：酸溶液＝1g：0～0.2g：20mL；
[0010]步骤三、水煤浆的电解：以石墨毡作为阳极，并搭配一个阴极，步骤二制备的水煤
浆作为电解液，组装成电化学反应装置，在90
‑
100℃，搅拌条件下，进行电解水煤浆制氢。
[0011]本专利技术相对于现有技术的有益效果为：本专利技术提出石墨毡电极可作为电解水煤浆制氢的电极，以实现电解水煤浆制氢的高效运行。具体方法为：以煤、酸和铁离子制备水煤浆，随后以制备的水煤浆作为电解液，石墨毡作为阳极，并搭配一个阴极，组装成一个电化学反应装置，在一定的温度和搅拌速率下，进行电解水煤浆制氢。本专利技术的优异效果主要是使用石墨毡电极作为电解水煤浆制氢的阳极，实现了电解水煤浆制氢的高效运行。
附图说明
[0012]图1为不同电极电解水煤浆制氢的I
‑
V曲线图；
[0013]图2为不同电极的电催化活性表面积示意图；
[0014]图3为恒电流电解水和电解水煤浆的比较图；
[0015]图4为恒电压电解水和电解水煤浆的比较图；
[0016]图5为电解水煤浆制氢的石墨电极循环使用性能图；
[0017]图6为不同体系下石墨毡电解煤浆制氢的结果；
具体实施方式
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0019]具体实施方式一：本实施方式记载的是一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，所述方法具体步骤为：
[0020]步骤一、原料细化：将原煤依次进行破碎、研磨和筛分，使粒度小于200目，得到细化煤粉；
[0021]步骤二、水煤浆的制备：将细化煤粉和铁离子加到酸溶液中，得到水煤浆混合物；所述细化煤粉：铁离子：酸溶液＝1g：0～0.2g：20mL；
[0022]步骤三、水煤浆的电解：以石墨毡作为阳极，并搭配一个阴极，步骤二制备的水煤浆作为电解液，组装成电化学反应装置，在90
‑
100℃，搅拌条件下，进行电解水煤浆制氢。
[0023]具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤一中，所述原煤为褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤中的一种或多种，即该方法适用于所有煤种。
[0024]具体实施方式三：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤二中，提供铁离子的物质为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、磷酸铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁和磷酸亚铁中的一种或多种。
[0025]具体实施方式四：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤二中，所述酸溶液为硫酸、磷酸和盐酸中的一种或多种。
[0026]具体实施方式五：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤三中，所述阴极是能够发生析氢反应的电极。
[0027]具体实施方式六：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤三中，通过水浴加热、伴热加热、油浴加热或平台接触式加热控制电化学反应装
置的温度。
[0028]具体实施方式七：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤三中，所述搅拌的方式为磁力搅拌或机械搅拌。
[0029]具体实施方式八：具体实施方式一所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，步骤三中，所述电化学反应装置为间歇性的质子交换膜电解槽、连续性的质子交换膜电解槽、间歇性的无膜电解槽和连续性的无膜电解槽中的一种。
[0030]实施例1：
[0031]以H型间歇性的质子交换膜电解槽为反应装置，阳极和阴极的容积为100mL，在阴极加入80mL 1mol/L硫酸溶液，在阳极加入80mL 1mol/L硫酸溶液、100mmol Fe
3+
和4g霍林河褐煤，通过油浴控制反应温度为90℃。分别以石墨毡、Pt、SnO2/Ti、Pt/Ti、IrO2‑
RuO2/Ti和IrO2‑
Ta2O5/Ti为阳极，Pt为阴极，Hg/Hg2SO4为参比电极。采用线性扫描伏安法对比不同电极的催化活性，并采用循环伏安法获得不同电极的电催化活性表面积。如图1和图2所示，对于电解水煤浆制氢，与其他贵金属电极相比，石墨毡电极具有高的催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，其特征在于：所述方法具体步骤为：步骤一、原料细化：将原煤依次进行破碎、研磨和筛分，使粒度小于200目，得到细化煤粉；步骤二、水煤浆的制备：将细化煤粉和铁离子加到酸溶液中，得到水煤浆混合物；所述细化煤粉：铁离子：酸溶液＝1g：0～0.2g：20mL；步骤三、水煤浆的电解：以石墨毡作为阳极，并搭配一个阴极，步骤二制备的水煤浆作为电解液，组装成电化学反应装置，在90
‑
100℃，搅拌条件下，进行电解水煤浆制氢。2.根据权利要求1所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，其特征在于：步骤一中，所述原煤为褐煤、次烟煤、烟煤和无烟煤中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种利用石墨毡电极电解水煤浆制氢的方法，其特征在于：步骤二中，提供铁离子的物质为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、磷酸铁、硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周伟，陈帅，赵广播，高继慧，秦裕琨，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：