【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电化学还原催化，特别是涉及一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置及方法。
技术介绍
1、化石燃料的大量使用，使自然界中co2的产生和消耗平衡遭到破坏，导致co2气体的浓度升高。由于co2的存在，长波辐射被大气吸收而无法穿透大气层，导致地球温度升高，即产生温室效应。co2还原技术(carbon dioxide reduction reaction，co2rr)作为一种可以将co2转换为可再生燃料或者有价值的化学品的方法受到了越来越多的关注，可以通过电化学还原反应(ecrr)、光化学还原反应(pcrr)和光电化学还原反应(pecrr)将co2转化为有价值产物。其中co2电还原涉及多电子转移和质子耦合过程，存在较高的能量壁垒，导致其缓慢的动力学特性。近年来关于co2电化学还原的研究多集中在开发优异性能的新型电催化剂上，很少关注反应器设计的影响。电解池合理设计也是提高电化学还原co2性能不可缺少的一环，直接影响co2rr的反应速率即电流密度、产物法拉第效率和反应稳定性。
2、目前，大部分的co2rr都是基于h型电解池展开的。h型电解池由离子交换膜(iem)将电解池分为阴极和阳极两室，其中阴极室包含(工作电极)we和参比电极(re)，对电极(ce)位于阳极室。h型电解池可以直观反映催化剂的性能，快速评价并筛选电催化材料。然而由于较高的溶液电阻，co2rr理论上的最大反应速率受到co2在水溶液中溶解度较低的限制，因此还原产物的电流密度低于100ma cm-2。而对于广泛的工业应用，需要具有较低电阻和较高传质效率的高
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置及方法，不使用阴极电解液，采用叶脉型微通道具有低电阻和高传质效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置，包括电解池、流量计、蠕动泵、阳极电解液储罐和电源，电源与电解池电性连接，阳极电解液储罐通过蠕动泵与电解池连通，流量计与电解池的出气口连通；
3、电解池包括由左至右依次连接的阴极单元、阴极垫片、电极单元、阳极垫片和阳极单元，阴极单元和阳极单元均设有叶脉型微通道。
4、优选的，阴极单元包括阴极盖板和阴极集流体，阴极集流体中设有叶脉型微通道。阳极单元包括阳极盖板和阳极集流体，阳极集流体中设有叶脉型微通道。阴极盖板、阳极盖板的长宽尺寸为(5-20)×(5-20)cm2，厚度为10-30mm。
5、优选的，阴极盖板为不锈钢板，阳极盖板为钛板。
6、优选的，叶脉型微通道沿阴极单元或阳极单元的对角线对称，叶脉型微通道在对角线一侧水平设置且由上至下长度逐渐增加，叶脉型微通道在对角线另一侧竖直设置且由后至前长度逐渐增加。
7、优选的，阴极垫片和阳极垫片的形状均与叶脉型微通道的形状匹配。
8、优选的，阳极电解液储罐的出料口通过蠕动泵与阳极单元的进液口连通，阳极单元的出液口与阳极电解液储罐的进料口连通。
9、优选的，电极单元由左至右依次为气体扩散电极、离子交换膜和阳极电极。
10、优选的，离子交换膜为阴离子交换膜。
11、优选的，叶脉型微通道的长度和深度均为1-10mm。
12、优选的，阴极单元、阴极垫片、阳极垫片和阳极单元均对应设有螺纹安装孔，螺栓通过螺纹安装孔将阴极单元、阴极垫片、阳极垫片和阳极单元连接成一体。
13、优选的，阳极垫片与阴极垫片的材质均为聚四氟乙烯。
14、上述一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置的使用方法，包括以下步骤，
15、s1、在室温下配置含电解质的阳极电解液，将阳极电解液通入阳极电解液储罐，将阳极单元与阴极单元通过导线与电源的正负极电性相连；
16、s2、开启蠕动泵，阳极单元内充满阳极电解液后，向阴极单元内通入加湿的二氧化碳气体；
17、s3、在室温条件下接通电源，控制电流密度50-500ma/cm2，在恒定电流密度下进行电解；
18、s4、流量计对阴极单元的出气口流量进行监测，对气体产物进行收集，之后通入气相色谱仪中进行产物分析。
19、优选的，s1中，阳极电解液为氢氧化钾电解液，浓度为0.5-10mol/l。
20、优选的，s2中，蠕动泵的流量为10-200ml/min。
21、优选的，s4中，流量计为质量流量计。
22、优选的，s4中，使用气袋对气体产物进行收集。
23、因此，本专利技术提供的一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置及方法，其有益效果为：
24、1、本专利技术提供的co2电化学还原装置采用叶脉型微通道，使得阴极催化剂和阳极催化剂充分与反应物接触，延长反应物停留时间，促进传质混合，显著提高催化剂的利用率，具有低电阻和高传质效率；
25、2、本专利技术提供的co2电化学还原装置中，气体扩散电极和阳极电极均与离子交换膜紧密贴合，消除阴极溶液电阻，极大降低了电解池的电阻；
26、3、本专利技术提供的阴极流场均匀分散地流入的加湿二氧化碳，阳极流场均匀分散地流入阳极电解液，气体扩散电极为多孔结构，比表面积大，结合微通道的设计可以让阴阳极催化剂与反应物充分接触，显著提高催化剂的利用率；
27、4、本专利技术提供的电解池结构紧凑，无需阴极电解液，降低体系电阻，阳极电解液储罐可以连续更新阳极电解质，有利于提高产物的法拉第效率和运行稳定性；
28、5、本专利技术无需使用阴极电解液，一定程度上降低了经济成本。
29、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置，其特征在于：包括电解池、流量计、蠕动泵、阳极电解液储罐和电源，电源与电解池电性连接，阳极电解液储罐通过蠕动泵与电解池连通，流量计与电解池的出气口连通；
2.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置，其特征在于：叶脉型微通道沿阴极单元或阳极单元的对角线对称，叶脉型微通道在对角线一侧水平设置且由上至下长度逐渐增加，叶脉型微通道在对角线另一侧竖直设置且由后至前长度逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置，其特征在于：阴极垫片和阳极垫片的形状均与叶脉型微通道的形状匹配。
4.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置，其特征在于：阳极电解液储罐的出料口通过蠕动泵与阳极单元的进液口连通，阳极单元的出液口与阳极电解液储罐的进料口连通。
5.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置，其特征在于：电极单元由左至右依次为气体扩散电极、离子交换膜和阳极电极。
6.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学
7.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置，其特征在于：阴极单元、阴极垫片、阳极垫片和阳极单元均对应设有螺纹安装孔，螺栓通过螺纹安装孔将阴极单元、阴极垫片、阳极垫片和阳极单元连接成一体。
8.一种使用如权利要求1-7任一项所述的叶脉型微通道的CO2电化学还原装置的方法，其特征在于：包括以下步骤，
9.根据权利要求8所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置的使用方法，其特征在于：S2中，蠕动泵的流量为10-200mL/min。
10.根据权利要求8所述的一种叶脉型微通道的CO2电化学还原装置的使用方法，其特征在于：S4中，流量计为质量流量计。
...【技术特征摘要】
1.一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置，其特征在于：包括电解池、流量计、蠕动泵、阳极电解液储罐和电源，电源与电解池电性连接，阳极电解液储罐通过蠕动泵与电解池连通，流量计与电解池的出气口连通；
2.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置，其特征在于：叶脉型微通道沿阴极单元或阳极单元的对角线对称，叶脉型微通道在对角线一侧水平设置且由上至下长度逐渐增加，叶脉型微通道在对角线另一侧竖直设置且由后至前长度逐渐增加。
3.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置，其特征在于：阴极垫片和阳极垫片的形状均与叶脉型微通道的形状匹配。
4.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的co2电化学还原装置，其特征在于：阳极电解液储罐的出料口通过蠕动泵与阳极单元的进液口连通，阳极单元的出液口与阳极电解液储罐的进料口连通。
5.根据权利要求1所述的一种叶脉型微通道的co2...
【专利技术属性】
技术研发人员：张珂，马涛，任维杰，田文艳，崔阳，何秋生，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：
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