【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及新能源，具体而言，尤其涉及一种离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法及装置。
技术介绍
1、碳中和愿景下氢能将成为未来终端能源的重要组成部分。氢能的绿色获取与高效利用是实现双碳目标，缓解全球社会可持续发展所面临的能源与环境问题的关键技术。可再生能源驱动的电解水制氢因其不伴随co2的附加排放，被认为是一种高效、清洁的制氢技术。我国可再生能源产量丰富，总产能多年位居世界第一。由于可再生能源的波动性的缺点，风电、光伏可再生能源发电出现送出难、消纳难问题。数据显示，2019年全年弃风电量277亿千瓦时，弃光电量54.9亿千瓦时，“二弃”电量共约330亿千瓦时。国务院于2020年12月发布的《新时代的中国能源发展》白皮书，将“弃风”“弃光”转化为氢能储存和利用，成为切实可行的技术路线，有利于推动国家能源转型。
2、目前，电解水分为碱性电解水、固体氧化物高温电解水和固体质子交换膜电解水(pem)三种类型。其中，碱性电解水和固体质子交换膜电解水(pem)技术已经被用于绿色氢气规模化生产。我国西部、东北和西南地区可再生能源丰富，故目前可再生能源驱动的电解水技术多在西部、东北和西南地区推广，然而工业用氢主要在东部沿海省份，这就需要氢气的储存和运输。由于氢气易燃易爆、密度较小，造成氢气的储存和运输成本较高，严重制约着氢能经济的发展。
3、双氧水作为一种环境友好型氧化剂，在医用消毒、污水处理、纸浆漂白、精细化工等领域被广泛应用。工业上双氧水通过蒽醌循环法实现大规模制备，但此过程耗能高、污染严重且需要大型的生产设备
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供了一种离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法及装置。本专利技术方法在电能的驱动下，以水为原料，实现水分解产生氢气和双氧水。值得注意的是，该方法借助媒介体，实现了氢气析出同电解装置在空间发生分离即“离线”氢气析出。“离线”氢气析出可以有效避免了氢气运输难的挑战，降低了用氢成本，为能源的储存提供了一条新的路径。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术一方面提供一种离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法，包括以下步骤：
4、以水为原料，通入电解池阳极室内，在电解池阴极和阳极施加电压，电解池的阳极发生水的氧化反应，产生双氧水和质子；
5、质子穿过隔膜进入阴极室，阴极室的媒介体电解液在电解池的阴极发生媒介体还原反应，产生还原态媒介体电解液；
6、还原态媒介体电解液被引入催化反应器，在催化剂的作用下，还原态媒介体电解液发生氧化反应，产生氢气和氧化态媒介体电解液，氧化态媒介体电解液循环至电解池的阴极。
7、优选地，所述电解池的阴极室的媒介体电解液中的媒介体选自h6[p2w18o62]/li6[p2w18o62]、h4siw12o40/na4siw12o40、h6znw12o40/na6znw12o40、cr2+/cr3+、乙二胺四乙酸铬(cr(ii)edta/cr(iii)edta)、丙二胺四乙酸铬(cr(ii)ept a/cr(iii)epta)、v2+/v3+中的至少一种；根据所采用电解池阴极化学电解液中所含媒介体的状态，形成对应的氧化态媒介体电解液和还原态媒介体电解液。以媒介体cr(ii)edta/cr(iii)edta为例说明，大量含有cr(iii)edta的化学电解液为氧化态媒介体电解液，cr(iii)edta在阳极还原后，生成大量含有cr(ii)edta的溶液，称为还原态媒介体电解液。
8、优选地，所述阴极室的媒介体的摩尔浓度为1×10-2～3mol/l。
9、优选地，所述电解池的阴极材料包括石墨碳、碳纳米管、石墨烯和金属钛中至少一中；
10、所述电解池的阳极催化剂包括sno2、casno3、mno2、co3o4、wo3金属氧化物的至少一种。
11、优选地，所述催化反应器中的催化剂包括pt/c、fep、ni2p、mop、wc、moc、ws2和mo2s中的至少一种。
12、优选地，所述电解池的支持电解质包括盐酸、硫酸、磷酸缓冲溶液中的一种；
13、所述支持电解质的摩尔浓度为0.1～3mol/l。
14、优选地，所述电解池的隔膜包括nafion膜、多孔聚烯烃膜、磺化聚苯砜膜中的一种。
15、优选地，所述电解池施加电压为2～4.5v。
16、优选地，所述电压为直流电压。
17、本专利技术另一方面提供一种上述的离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法所用的装置，所述装置包括电解池、电解液储存装置和催化反应器；
18、所述电解池包括阳极室、阴极室和隔膜，阳极室与阴极室通过隔膜分隔；所述阳极室设置有进液口ⅰ和出液口ⅰ；所述阴极室设置有进液口ⅱ和出液口ⅱ；
19、所述电解液储存装置设置有进液口ⅲ、进液口ⅳ、出液口ⅲ和出液口ⅳ；
20、所述催化反应器设置有进液口ⅴ、出液口ⅴ和出气口ⅰ；
21、所述出液口ⅱ与进液口ⅲ相连，进液口ⅱ与出液口ⅲ相连；所述进液口ⅴ与出液口ⅳ相连，出液口ⅴ与进液口ⅳ相连。
22、本专利技术中，还原态的媒介体电解液在电解池阴极中产生的；水氧化产生双氧水在电解池阳极中进行；氢气析出在催化反应器装置中进行。
23、通过上述方法，可以循环的将水循环的分解为氢气和双氧水，水分解的总效率不低于80％。
24、优选地，所述电解池阳极气体扩散层、阴极气体扩散层材料均为多孔碳、多孔泡沫钛、多孔泡沫锡中的一种；
25、所述多孔碳、多孔泡沫钛、多孔泡沫锡的孔隙均为10～100μm。
26、优选地，所述阳极双极板、阴极双极板均为钛板、不锈钢板、钛合金板中的一种。
27、优选地，所述催化反应器内沿纵向均间隔设置多层筛板；所述筛板上设置有催化剂，所述筛板为多孔陶瓷筛板，所述多孔陶瓷筛板的孔隙直径为50～350μm。
28、优选地，所述装置还包括电源，所述电源分别与阴极和阳极电路连接。
29、通过采用该装置实现水分解“离场”产生氢气并同时获取双氧水的目标。
30、本专利技术的原理为：
31、在电解池阳极发生水的氧化反应，生产双氧水和质子；质子穿过电解池隔膜到达阴极，在电解池阴极媒介体发生还原反应，生成还原态媒介体电解液，同时质子被储存。还原态媒介体电解液被引入催化反应器，在催化剂的作用下，还原态媒介体电解液发生氧化反应，产生氢气和氧化态媒介体，氧化态媒介体泵入电解池阴极室进入下一个循环。
32、本专利技术提供一种离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法，该方法分二步进行，第一步在电解池内完成，电解池的阳极室和阴极室采用质子膜隔离；在外加电压的作用下，在阳极发生水的氧化反应产生双氧水，同时阴极得到还原态的媒介本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池的阴极室的媒介体电解液中的媒介体选自H6[P2W18O62]/Li6[P2W18O62]、H4SiW12O40/Na4SiW12O40、H6ZnW12O40/Na6ZnW12O40、Cr2+/Cr3+、乙二胺四乙酸铬(Cr(II)EDTA/Cr(III)ED TA)、丙二胺四乙酸铬(Cr(II)EPTA/Cr(III)EPTA)、V2+/V3+中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池的阴极材料包括石墨碳、碳纳米管、石墨烯和金属钛中至少一中；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化反应器中的催化剂包括Pt/C、FeP、Ni2P、MoP、WC、MoC、WS2和Mo2S中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池的支持电解质包括盐酸、硫酸、磷酸缓冲溶液中的一种；
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池施加电压为2～4.5V。
7.一种如权利要求1～6中任一项所述的离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法所用的装置，其特征在于，所述装置包括电解池、电解液储存装置和催化反应器；
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电解池阳极气体扩散层、阴极气体扩散层材料均为多孔碳、多孔泡沫钛、多孔泡沫锡中的一种；
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述阳极双极板、阴极双极板均为钛板、不锈钢板、钛合金板中的一种。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述催化反应器内沿纵向均间隔设置多层筛板；所述筛板上设置有催化剂，所述筛板为多孔陶瓷筛板，所述多孔陶瓷筛板的孔隙直径为50～350μm。
...【技术特征摘要】
1.一种离线氢气析出协同双氧水产生的电化学方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池的阴极室的媒介体电解液中的媒介体选自h6[p2w18o62]/li6[p2w18o62]、h4siw12o40/na4siw12o40、h6znw12o40/na6znw12o40、cr2+/cr3+、乙二胺四乙酸铬(cr(ii)edta/cr(iii)ed ta)、丙二胺四乙酸铬(cr(ii)epta/cr(iii)epta)、v2+/v3+中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解池的阴极材料包括石墨碳、碳纳米管、石墨烯和金属钛中至少一中；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化反应器中的催化剂包括pt/c、fep、ni2p、mop、wc、moc、ws2和mo2s中的至少一种。
5.根...
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