【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解水煤浆制氢，具体涉及一种钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法。
技术介绍
1、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重要的作用。氢能作为大规模深度脱碳的关键手段，是加快培育新质生产力的重要一环，我国正处于氢能发展的关键时期。目前水电解被认为是最佳生产氢气的方式，但其理论电解电压(即反应发生所需最小电压)为1.23v，理论电耗高达3.54kwh/nm3。此外，阳极oer是四电子-质子耦合反应过程，需要更高的能量(更高过电位)。因此，开发高催化性能(低过电位、快电子转移速率)的电极材料是降低过电位的重要手段。公开号为cn 117660984 a的专利说明书中公开了一种碱性水电解槽电极及其制备方法与应用，该专利通过磁场辅助的一步电沉积原位制备nifexcoy(oh)z覆盖在镍基底表面得到包括镍基底和镍基底表面覆盖的羟基氧化物催化剂的电极，用于提升电极析氧动力活性和速率。然而上述手段对电解水能耗降低效果是非常有限的。电解水的实际工作电压为2.0-2.2v，实际电耗为4.5-5kwh/nm3，其高电耗成为限制其大规模应用的卡脖子难题。
2、1979年coughlin等发表于nature期刊论文首次提出电解煤浆制氢(cawe)技术，以能量壁垒低的非析氧反应取代电解水阳极析氧反应，不仅降低理论电解电压和过电位，还可以同时制备高价值产品。相同氢气产量下，电解煤浆实际能耗约为电解水能耗的1/2。鉴于我国“富煤贫油少气”的能源禀赋条件，煤炭辅助电解水
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，该方法利用钙镁离子原位矿化电解水煤浆的过程中生成的二氧化碳，从而促进化学平衡移动和降低系统电阻，提高了电解制氢效率，解决了制氢过程中电解效率低、能耗大、产氢速率慢和二氧化碳排放的问题。
2、本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，包括以下步骤：
3、(1)将原煤依次进行破碎、研磨和筛分，得细化煤粉；
4、(2)将步骤(1)所得细化煤粉、次氯酸钠粉末和可溶性钙盐或镁盐加入氢氧化钠溶液中并超声，得水煤浆；
5、(3)将步骤(2)所得水煤浆作为阳极电解液，氢氧化钠溶液作为阴极电解液，在电解槽中电解制氢。
6、其中，原煤为褐煤、烟煤和无烟煤中的至少一种。即，该方法适于所有原煤的煤种。
7、进一步，步骤(1)中，细化煤粉粒径小于200目。
8、进一步，步骤(2)中，可溶性钙盐或镁盐为氢氧化钙、氯化钙、葡萄糖酸钙、硝酸钙、次氯酸钙、溴化钙、碘化钙、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁、醋酸镁、溴化镁、碘化镁和氯酸镁中的至少一种。
9、可溶性钙盐或镁盐不限于上述化合物。另外，也可替换为含钙或镁离子的自然矿物或工业废弃物，工业废弃物中的钙或镁离子可以由酸浸等手段提取。
10、进一步，步骤(2)和(3)中，氢氧化钠溶液浓度为0.5-1.5mol/l。
11、进一步，步骤(2)中，细化煤粉、次氯酸钠、可溶性钙盐或镁盐与氢氧化钠溶液的质量体积比为2-3g：0.4-0.8g：0.1-0.2g：60-100ml。
12、进一步，步骤(3)中，阳极电解液和阴极电解液的体积比为60-100：60-100。
13、进一步，步骤(3)中，电解的电极材料为铂、铅、金、银、钴、镍和碳中的一种。
14、电极材料可以是贵金属电极(pd、au、ag等)、非贵金属电极(co、ni等)、非金属碳材料电极等或复合电极(如钴镍合金电极)等，也可由其他可发生析氢反应的材料代替。
15、进一步，步骤(3)中，电解电压不小于1.2v。
16、进一步，步骤(3)中，在40-90℃条件下恒温电解。可通过水浴加热、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。
17、进一步，步骤(3)中，在搅拌条件下电解。搅拌的方式为磁力搅拌或机械搅拌。
18、进一步，步骤(3)中，电解槽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。
19、本专利技术具有以下有益效果：
20、1、本专利技术方法在电解液中引入钙离子或镁离子，发生如下反应(以ca2+为例)：
21、ca2++co2(g)+h2o(l)→caco3(s)+2h+(aq)
22、从而移除电解水煤浆的过程中生成的二氧化碳，将二氧化碳以碳酸盐形式的原位固定和沉淀，促进了反应向生成更多二氧化碳的方向发展，加快整体的反应速率；同时减少了电解槽中的气泡积累(尤其是在电极表面附近)，进而降低系统的电阻，提高了电解效率。
23、2、本专利技术方法中可溶性钙盐或镁盐也可替换为含钙或镁离子的自然矿物或工业废弃物，成本低廉，利于环保；电解过程中产生的二氧化碳以碳酸盐形式的原位固定和沉淀，直接减少了温室气体的排放，转化为高价值的caco3或碳酸镁产品。
24、3、本专利技术方法解决了电解煤浆制氢过程中co2排放问题，二氧化碳排放量为0％；根据勒夏特列原理，原位分离co2，强化可逆反应，降低欧姆损耗，提高反应速率，电流密度提高了35.62％左右。
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1.一种钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述细化煤粉粒径小于200目。
3.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述可溶性钙盐或镁盐为氢氧化钙、氯化钙、葡萄糖酸钙、硝酸钙、次氯酸钙、溴化钙、碘化钙、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁、醋酸镁、溴化镁、碘化镁和氯酸镁中的至少一种。
4.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中，所述氢氧化钠溶液浓度为0.5-1.5mol/L。
5.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述细化煤粉、次氯酸钠、可溶性钙盐或镁盐与氢氧化钠溶液的质量体积比为2-3g：0.4-0.8g：0.1-0.2g：60-100mL。
6.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述阳极电解液和阴极电解液
7.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(3)中，电解的电极材料为铂、铅、金、银、钴、镍和碳中的一种。
8.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(3)中，电解电压不小于1.2V。
9.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(3)中，在40-90℃条件下恒温电解。
10.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述电解槽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。
...【技术特征摘要】
1.一种钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述细化煤粉粒径小于200目。
3.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述可溶性钙盐或镁盐为氢氧化钙、氯化钙、葡萄糖酸钙、硝酸钙、次氯酸钙、溴化钙、碘化钙、硫酸镁、氯化镁、硝酸镁、醋酸镁、溴化镁、碘化镁和氯酸镁中的至少一种。
4.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(2)和(3)中，所述氢氧化钠溶液浓度为0.5-1.5mol/l。
5.如权利要求1所述的钙镁离子原位固碳强化电解水煤浆制氢的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述细化煤粉、次氯酸钠、可溶性钙盐或镁盐与氢氧化钠溶液的质量体积比为2-3g：0.4-0.8g：0.1...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨学松，桂夏辉，邢耀文，李哲，王磊，商惠玉，喻帆，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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