【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种液流电解池系统和二氧化碳电催化制备合成气的方法。
技术介绍
1、化石燃料快速消耗所导致的化石能源日益枯竭和二氧化碳(co2)过度排放等问题已经造成了愈加严重的环境污染。因此，开发和利用具有高效率，低成本，环境友好型的各种清洁能源具有非常深远的意义。当下，人们正在通过各种方法来研究和利用太阳能，其中最典型的就是利用太阳能发电，将太阳能转化为电能储存。与此同时，如今，co2的转化方法可分为两个关键步骤：捕获和利用(如高价值化、电化学还原等)。常见的co2捕获过程为采用高吸附容量的乙醇胺溶液，而由于co2的释放过程通常需要较高温度，导致其捕获与释放过程需要消耗大量能量；目前工业中常用的co2利用方式是热催化co2加氢过程，同样也需要消耗大量能量。因此，利用太阳能转化的清洁能源电能将co2通过电化学的方式转化为各种高附加值产物，以同时实现能源存储和co2减排过程是目前最具有前景和吸引力的策略之一。
2、电催化二氧化碳还原反应不仅提供了降低大气中co2浓度的解决方案，而且能够生产有价值的含碳化学品/燃料(例如合成气)。然而，大多数co2在电催化转化利用过程中均需要以高纯co2气体的形式提供，其的获取通常要经过捕获、释放和压缩等高能耗步骤，这同样会导致大量的能源浪费，增加co2利用过程的成本和能耗。为了降低能耗，将富含碳酸氢盐的液态碳捕获溶液直接电化学转化为高价值化学品可以避免co2释放过程，这是目前的研究方向之一。现有技术中已有报道利用“碳酸氢盐电解槽”将富含碳酸氢盐的co2捕获液直接转化为co等化学品，同时
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中利用富含碳酸氢盐的co2捕获液转化利用co2的过程中co2的转化率低等缺点，而提供一种液流电解池系统和二氧化碳电催化制备合成气的方法。本专利技术公开的液流电解池系统和二氧化碳电催化制备合成气的方法采用成本较低且高效稳定的催化剂，提高co2的转化率，并且制备得到的合成气具有良好的产物分布。
2、本专利技术公开了一种液流电解池系统，其包括电化学反应模块，所述电化学反应模块包括阳极室、离子交换膜和阴极室，所述离子交换膜设于所述阳极室和所述阴极室之间；
3、所述阳极室内置阳极催化电极和阳极电解液，所述阳极电解液通过离子交换膜为阴极室提供h+；
4、所述阴极室内置阴极催化电极和阴极电解液，所述阴极电解液为包含碳酸氢根离子(hco3-)的溶液，所述阴极催化电极负载的阴极催化剂为氮掺杂镍基金属碳纳米管材料(ni-n-cnts)。
5、本专利技术中，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料是指以碳纳米管作为载体，镍为活性成分，且掺杂有氮元素的一类催化剂。
6、本专利技术中，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的氮含量可为3％～6％，例如：5.26％。
7、本专利技术中，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的镍含量可为1％～3％，例如：1.83％。
8、本专利技术中，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料中的镍元素较佳地分散在碳纳米管的外壁上和/或碳纳米管的内部。
9、其中，当镍元素分散在碳纳米管的外壁上时，较佳地以原子级形态存在。其中，当镍元素分散在碳纳米管的内部时，较佳地为镍原子簇的形态。
10、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的制备方法包括以下步骤：将镍源化合物和含氮碳源化合物混合，在保护气下进行碳化，冷却后进行后处理，得氮掺杂镍基金属碳纳米管材料。
11、在上述实施方案中，所述镍源化合物较佳地为硝酸镍、氢氧化镍和氯化镍中的一种或多种；所述镍源化合物更佳地为硝酸镍。
12、在上述实施方案中，所述含氮碳源化合物较佳地为双氰胺、三聚氰胺和尿素中的一种或多种；所述含氮碳源化合物更佳地为双氰胺。
13、在本专利技术一些更优选的实施方案中，所述镍源化合物为硝酸镍；所述含氮碳源化合物为双氰胺；所述硝酸镍和所述双氰胺的摩尔比较佳地为1：(5～20)，例如：1：10。
14、在上述实施方案中，所述混合较佳地为研磨混合或球磨混合。通过研磨混合或球磨混合有助于提高金属的利用率，提高催化剂产率。
15、在上述实施方案中，所述保护气可为本领域常规的惰性气体，例如：氩气。
16、在上述实施方案中，所述碳化的温度较佳地为800～1100℃，例如：1000℃。其中，升温至所述碳化的温度的升温速率优选3～10℃/min，例如：5℃/min。
17、在上述实施方案中，所述碳化的时间较佳地为2～5h，例如：3.5h。所述碳化的时间是指在所述碳化的温度下保温的时间，不包括升温时间。
18、在上述实施方案中，所述碳化为较佳地为在管式炉中进行。
19、在上述实施方案中，所述冷却较佳地为冷却至室温。其中，所述冷却的速率优选5～20℃/min，例如：10℃/min。
20、在上述实施方案中，所述后处理较佳地依次包括研磨、洗涤和干燥。
21、其中，所述研磨可采用本领域常规操作。
22、其中，所述洗涤的操作较佳地依次包括酸洗、水洗和醇洗。
23、进一步较佳地，所述酸洗的操作为将待洗物于酸溶液中静置，例如：将待洗物置于0.5m h2so4中，在80℃下静置过夜。
24、进一步较佳地，所述水洗的操作为采用去离子水；所述去离子水的电阻率一般为18.25mω*cm。所述水洗的操作较佳地为将待洗物于去离子水中超声；所述超声的时间较佳地为10～20min，例如：15min。
25、进一步较佳地，所述醇洗的操作为采用无水乙醇；所述醇洗的操作较佳地为将待洗物于无水乙醇中超声；所述超声的时间较佳地为10～20min，例如：15min。
26、进一步较佳地，所述水洗和所述醇洗的操作各进行三遍。
27、其中，所述干燥的操作较佳地为在离心管中真空干燥。
28、进一步较佳地，所述干燥的温度为50-80℃，例如：60℃。
29、进一步较佳地，所述干燥的时间为2～3h，例如：3h。
30、本专利技术中，所述阴极催化电极的催化剂底物可为本领域常规，较佳地为亲水底物，更佳地为多孔亲水底物。
31、其中，所述亲水底物的水接触角较佳地为小于10°。
32、其中，所述多孔亲水底物较佳地为亲水性的碳纸、钛毡或碳布，更佳地为亲水性的碳纸。
33、在一些优选的实施方案中，所述阴极催化电极的制备方法包括将阴极催化剂浆料溅射于催化剂底物上，干燥即得。
34、在上述实施方案中，所述阴极催化剂浆料中的溶剂较佳地为异丙醇和全氟磺酸溶液的混合液。其中，所述全氟磺酸溶液的浓度较佳地为5wt％。其中，所述异丙醇和所述全氟磺酸溶液的体积比较佳地为50：1。所述全氟磺酸溶液用于使催化剂粘本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种液流电解池系统，其特征在于，其包括电化学反应模块，所述电化学反应模块包括阳极室、离子交换膜和阴极室，所述离子交换膜设于所述阳极室和所述阴极室之间；
2.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的氮含量为3％～6％；
3.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的制备方法包括以下步骤：将镍源化合物和含氮碳源化合物混合，在保护气下进行碳化，冷却后进行后处理，得氮掺杂镍基金属碳纳米管材料；
4.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述阴极催化电极的催化剂底物为亲水底物；
5.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述阴极室还设有阴极导流板；所述阴极催化电极贴设于所述阴极导流板和所述离子交换膜之间；
6.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述离子交换膜为双极膜或阳离子交换膜；
7.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述阴极电解液中HCO3-的浓度范围为0.5～3M，例如：3M；
8.如
9.一种二氧化碳电催化制备合成气的方法，其特征在于，其采用如权利要求1-8中任一项所述的液流电解池系统进行，其包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的二氧化碳电催化制备合成气的方法，其特征在于，所述合成气中H2和CO的体积比为H2：CO＝(1～4)：1，较佳地为(1～2)：1；
...【技术特征摘要】
1.一种液流电解池系统，其特征在于，其包括电化学反应模块，所述电化学反应模块包括阳极室、离子交换膜和阴极室，所述离子交换膜设于所述阳极室和所述阴极室之间；
2.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的氮含量为3％～6％；
3.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述氮掺杂镍基金属碳纳米管材料的制备方法包括以下步骤：将镍源化合物和含氮碳源化合物混合，在保护气下进行碳化，冷却后进行后处理，得氮掺杂镍基金属碳纳米管材料；
4.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述阴极催化电极的催化剂底物为亲水底物；
5.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述阴极室还设有阴极导流板；所述阴极催化电极贴设于所述阴极导流板和所述离子交换膜之间；
6.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述离子交换膜为双极膜或阳离子交换膜；
7.如权利要求1所述的液流电解池系统，其特征在于，所述阴极电...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅利才，李春忠，朱德林，江宏亮，王斌，朱以华，郭春建，盛学第，赵章有，
申请(专利权)人：四川泸天化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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