本发明专利技术公开了一种电解气态物质的方法及装置，其中方法包括如下步骤：S1、向密封空间内充入原料气，使原料气充满整个密封空间；S2、在密封空间中将两个交流电极对接通交流电，使两个交流电极对间形成交变电场；S3、在交流电极对间设置有多组直流电极对,直流电极对包括两个直流电极对，将两个直流电极接通直流电，使两个直流电极分别成为阳极和阴极；S4、原料气在交变电场的作用下被等离子化，成为低温等离子体，在阳极和阴极形成的电场作用下，气态离子分别向阳极和阴极聚集，生成两种不同的物质，实现气态物质的电解。相比于现有技术，本发明专利技术简化了制备工艺流程，反应过程安全无污染，且能耗低，可降低生产成本，具有极大的经济效益。益。益。
【技术实现步骤摘要】
一种电解气态物质的方法及装置
[0001]本专利技术涉及气体电解
，尤其涉及一种电解气态物质的方法及装置。
技术介绍
[0002]环境问题是当今世界最为关注的问题之一，研究和发展新的清洁能源显得尤为重要。地球上氢能的储量丰富，燃烧不产生污染，燃烧热值高，被看做是21世纪理想的新能源。
[0003]现有技术中，制氢方式有多种，包括电解水制氢、水煤气法制氢、由石油热裂的合成气和天然气制氢、焦炉煤气冷冻制氢、甲醇裂解制氢、电解食盐水的副产氢、酿造工业副产氢，上述制氢方法或多或少存在不同的缺点，如电解水制氢工艺(可参考专利文献CN112575344A提出的一种全浸式无氧环境电解水制氢系统)，由于水的裂解过程是一个吸热的过程，故电解水制氢的成本较高，且需要加入催化剂，使用离子交换膜，增加了电解过程的操作复杂程度；水煤气制氢具体为用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气(C+H2O
→
CO+H2)，净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2(CO+H2O
→
CO2+H2)可得含氢量在80％以上的气体，再压入水中以溶去CO2，这种方法制氢需要在高温条件下反应，能耗较高；由石油热裂的合成气和天然气制氢、以及焦炉煤气冷冻制氢受到原料制约，制氢成本也较高；甲醇裂解制氢(可参考专利文献CN112588279A提出的一种用于甲醇蒸汽重整制氢的催化剂的制备方法及其产品和应用)则需要在一定的压力、一定的温度及特种气固催化剂的作用下，甲醇和水发生裂解变换反应，转化成的气体再经过换热、冷凝、净化、吸附，才能提取出产品氢气，此种方法制氢工艺复杂，成本较高；电解食盐水的副产氢具体为工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，副产氢气比例小，受地域制约，氯碱工业为基础的化工生产过程中会对环境造成污染；酿造工业副产氢通常为酒厂副产，行业跨度大，副产氢气不能满足大规模工业用氢。
[0004]而目前获取石墨烯的途径大致可分为两大类，自上而下的顶层剥离(exfoliation)和自下而上的底层生长(growth)：
[0005]一是利用各种物理、化学手段削弱石墨层与层间的范德华力剥离得到单层或少层石墨烯，主要有机械剥离法、液相剥离法、氧化还原剥离法，前两种方法得到的石墨烯产率都较低，不适合大规模生产，而氧化还原剥离法虽然成本低廉而且可实现批量化生产，但是在氧化的过程中由于破坏了自身的共轭结构，以及还原不彻底导致得到的石墨烯缺陷较多；二是通过化学反应合成石墨烯片层，有化学气相沉积法、外延生长法以及有机合成法，其中，化学气相沉积法(chemical vapour deposition，CVD)是指用甲烷、乙醇等碳源(含碳前驱体)在高温下分解释放出碳原子，并经退火沉积在基底(多为金属基底)生长石墨烯的方法，是目前最有可能得到大面积、高质量石墨烯的理想方法。
[0006]综上所述，制备方法多集中在常规的高温、高压催化转化上，不仅消耗大量能源，而且催化效率也不高，急需一种绿色环保、耗能低、经济效益高的制备方法解决上述问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种电解气态物质的方法及装置，制备过程绿色环保，能耗低，具有较高的经济效益。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0009]一种电解气态物质的方法，包括如下步骤：
[0010]S1、向密封空间内充入原料气，使原料气充满整个密封空间，所述原料气为不同元素组成的气态物质；
[0011]S2、在密封空间中设置交流电极对，交流电极对包括两个交流电极，将两个交流电极接通交流电，使两个交流电极之间形成交变电场；
[0012]S3、在交流电极对间设置多组直流电极对,所述直流电极对之间相互平行，任一组所述直流电极对包括两个相互平行的直流电极，将两个所述直流电极接通直流电，使两个直流电极分别成为阳极和阴极；
[0013]S4、所述原料气在交变电场的作用下被等离子化，外围电子被激发，成为低温等离子体，在阳极和阴极形成的电场作用下，气态离子分别向阳极和阴极聚集，生成两种不同的物质，实现气态物质的电解。
[0014]进一步设置为：在步骤S1之前，该方法进一步包括：排出原密封空间内的空气和杂质,排出方式包括抽真空法、充液排气法和压差排气法；
[0015]所述抽真空法为先将密封空间抽成真空状态，再充入原料气；
[0016]所述充液排气法为先向密封空间充入液体以排出原密封空间内的空气和杂质，再充入原料气以排出液体；
[0017]所述压差排气法为先充入和原料气密度差异较大的气体，再利用压差充入原料气以排出前者。
[0018]进一步设置为：在步骤S2中，所述交流电的电压为:
[0019][0020]其中，P1为密封空间内实际压强；
[0021]P0为标准大气压压强；
[0022]L1为两个交流电极的距离(单位为mm)；
[0023]所述交流电可以是正弦波，也可是方波或其他波形。
[0024]进一步设置为：所述交流电极对的电极为三层结构，两个外表层为绝缘体，中间层为导电体，两个电极的导电体通过导线接通交流电。
[0025]进一步设置为：所述直流电极对和交流电极对相互垂直且互不接触，所述直流电极对和交流电极对的距离L2≥0.1mm。
[0026]进一步设置为：所述交流电极和直流电极间充满绝缘物质，其绝缘能力应
[0027]进一步设置为：在步骤S3中，所述直流电的电压为：
[0028]≥ε
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(V)
[0029]其中，ε为原料气组成元素最外层电子的最大电势；所述直流电的波形可以为直
线，也可根据工况要求采用脉冲波形、锯齿波形等波形；
[0030]调节直流电的电压、电流和波形，可以在阳极和阴极上形成同种元素组成的不同组成结构(单质状态为同素异形体)。
[0031]进一步设置为：所述交流电极上开设有第一散热通道，所述直流电极上开设有第二散热通道，所述第一散热通道和第二散热通道内部流通有冷却液。
[0032]进一步设置为：所述第一散热通道和第二散热通道各自独立循环冷却时，冷却液可以采用水或其他冷却液体，但各冷却系统间应做好绝缘；当冷却液采用绝缘液体时(比如变压器油)，所述第一散热通道和第二散热通道可以共用一个循环冷却系统。
[0033]本专利技术还提供了一种电解气态物质的装置，所述装置用于实现上述所述的方法，包括排空系统、进气系统、放电系统、散热系统，
[0034]所述放电系统包括密封空间，所述密封空间内设有两个相互平行的交流电极对，两个所述交流电极对之间接通交流电，两个所述交流电极对之间设置有多组直流电极对，所述直流电极对包括两个接通直流电的直流电极对，所述直流电极对和交流电极对相互垂直且互不接触；
[0035]所述排空系统用于系统启动前排空密封空间内杂质，确保原料气进入后无杂质；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电解气态物质的方法，其特征在于：包括如下步骤:S1、向密封空间内充入原料气，使原料气充满整个密封空间，所述原料气为不同元素组成的气态物质；S2、在密封空间中设置交流电极对，交流电极对包括两个交流电极，将两个交流电极接通交流电，使两个交流电极之间形成交变电场；S3、在交流电极对间设置有多组直流电极对,所述直流电极对之间相互平行，所述直流电极对包括两个直流电极，将两个所述直流电极接通直流电，使两个直流电极分别成为阳极和阴极；S4、所述原料气在交变电场的作用下被等离子化，外围电子被激发，成为低温等离子体，在阳极和阴极形成的电场作用下，气态离子分别向阳极和阴极聚集，生成两种不同的物质，实现气态物质的电解。2.根据权利要求1所述的一种电解气态物质的方法，其特征在于：在步骤S1之前，该方法进一步包括：排出原密封空间内的空气和杂质,排出方式包括抽真空法、充液排气法和压差排气法；所述抽真空法为先将密封空间抽成真空状态，再充入原料气；所述充液排气法为先向密封空间充入液体以排出原密封空间内的空气和杂质，再充入原料气以排出液体；所述压差排气法为先充入和原料气密度差异较大的气体，再利用压差充入原料气以排出前者。3.根据权利要求1所述的一种电解气态物质的方法，其特征在于：在步骤S2中，所述交流电的电压为:其中，P1为密封空间内实际压强；P0为标准大气压压强；L1为两个交流电极的距离(单位为mm)；所述交流电可以是正弦波，也可是方波或其他波形。4.根据权利要求3所述的一种电解气态物质的方法，其特征在于：所述直流电极对和交流电极对相互垂直且互不接触，所述直流电极对和交流电极对的距离L2≥0.1mm。5.根据权利要求4所述的一种电解气态物质的方法，其特征在于：所述交流电极对和直流电极对间充满绝缘物质，其流电极对间充满绝缘物质，其6.根据权利要求1所述的一种电解气态物质的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述直流电的电压为：≥ε
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(V)其中，ε为原料气组成元素最外层电子的最大电势；所述直流电的波形可以为直线，也可根据工况要求采用...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙保胜，
申请(专利权)人：天津丰智诚离子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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