【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及二氧化碳捕集利用，特别是涉及一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯的方法及催化电极的制备方法。
技术介绍
1、二氧化碳捕集转化与封存(ccus)技术能够实现二氧化碳的减排与利用，是解决以煤炭为主能源体系低碳化发展的重要战略技术之一。
2、根据捕集的位置，电厂co2捕集技术通常分为：燃烧前捕集、燃烧后捕集、化学链捕集和富氧燃烧。化学溶剂吸收法是燃烧后捕集技术中研究较为完善且工业应用最为广泛的捕集方式。所谓化学吸收，是利用碱性溶剂有选择性地吸收混合烟气中的co2，反应生成不稳定盐类，随后在解吸装置中升温，可逆分解释放出co2，从而实现co2的脱除富集和溶剂的再生。
3、二氧化碳利用技术主要包括直接工业利用、地质利用、化工利用、矿化利用以及生物利用技术。co2直接工业利用技术是根据co2自身的物理特性，用于食品蔬菜的保鲜、冷藏、储运等。该技术非常成熟，但市场容量相对有限，难以消纳电厂巨大的co2产气量。co2化工利用是指将co2作为化工原料生产化工产品。典型需要co2的化工过程包括：co2与甲烷干重整制备合成气、co2经co制备液体燃料、co2加氢合成甲醇、co2合成碳酸二甲酯等技术。水溶液体系中的co2电化学转化技术可以将co2还原为co、甲醇、乙烯等高价值化工产品，具有广阔的前景。熔盐电解质中的co2电化学还原技术可以一步实现co2的捕集与转化，但是转化产物一般为固体碳。
4、常规ccus技术中胺吸收剂耗损大，解吸过程能耗高、捕集的co2利用途径窄，成熟的利用技术受地理因素制约明显。因此
技术实现思路
1、本专利技术针对现有ccus技术缺乏高值化利用场景，常温co2电化学还原制取乙烯等c2+产物转化效率不高的难点问题，设计制备具有高催化活性、熔盐环境中稳定和具有丰富孔隙和三相反应界面的催化电极，增强烟气中co2和h2o电化学还原为乙烯的选择性和转化效率，利用高温熔盐介质捕集和电化学转化co2的能力，巧妙利用电厂烟气含有水蒸气的现状，实现co2和h2o在熔盐电解质中电催化共还原制取乙烯，解决常规co2电还原热力学受限的问题、熔盐电化学转化co2产生固体碳的问题。为此，本专利技术提供了一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯的方法及催化电极的制备方法。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、本专利技术技术方案之一：提供一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯用多孔的金属-陶瓷复合电极的制备方法，步骤包括：
4、将陶瓷粉体、金属氧化物粉体、分散剂、有机单体、交联剂和水混合球磨得到金属陶瓷浆料；
5、在所述金属陶瓷浆料中加入发泡剂，球磨后得到发泡的金属陶瓷浆料；
6、在所述发泡的金属陶瓷浆料中加入引发剂和催化剂，搅拌后，经流延成型、交联固化后得到陶瓷坯体；
7、将所述陶瓷坯体干燥后，进行烧结得到多孔的金属陶瓷电极前体；
8、将所述多孔的金属陶瓷电极前体在还原气氛下高温还原，即得所述多孔的金属-陶瓷复合电极。
9、进一步的，所述陶瓷粉体为氧化物导电陶瓷，优选为，氧化钇稳定的氧化锆(ysz)、gd掺杂ceo2(gdc)或钙钛矿基陶瓷材料，粒径为0.5～20μm。
10、进一步的，所述金属氧化物粉体为cuo，粒径为0.5～20μm。
11、优选的，所述金属氧化物粉体还包括nio、fe3o4、coo和moo3中的至少一种，粒径为0.5～20μm。
12、进一步的，所述陶瓷粉体和金属氧化物粉体的质量比大于3:1。
13、进一步的，所述分散剂包括柠檬酸铵或四甲基氢氧化铵，用量为陶瓷粉体质量的0.5～2％。
14、进一步的，所述有机单体为丙烯酰胺，用量为陶瓷粉体质量的0.5～15％。
15、进一步的，所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺。
16、进一步的，所述有机单体和交联剂的质量比为10:1。
17、进一步的，所述陶瓷粉体与水的质量比为3～8:1。
18、进一步的，所述发泡剂为十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种，用量为水质量的5～40％。
19、进一步的，所述引发剂为过硫酸铵水溶液，浓度为5％～10％，用量为有机单体质量的50～120％。
20、进一步的，所述催化剂为n,n,n',n'-四甲基乙二胺，添加量为陶瓷粉体质量的0.01～1％。
21、进一步的，所述烧结的温度为1000～1800℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间为4～8h，烧结环境为惰性环境，优选为氩气、氮气或真空。
22、进一步的，所述还原气氛为氢气气氛。
23、进一步的，所述高温还原的温度为800～1000℃，时间为1～4h。
24、还原气氛下高温还原后催化电极中金属成分为金属cu、cu-ni合金、cu-fe合金、cu-co合金、cu-mo合金、cu-ni-fe合金、cu-ni-co合金或cu-fe-co合金。
25、本专利技术技术方案之二：提供一种由上述方法制备得到的多孔的金属-陶瓷复合电极。
26、本专利技术技术方案之三：提供一种上述多孔的金属-陶瓷复合电极作为催化电极在熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯中的应用。
27、本专利技术技术方案之四：提供一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯的方法，步骤包括：
28、将阴极和阳极浸没在电解质中，构建两电极体系，在阴极通入电场烟气，经电解得到乙烯产物；
29、所述电解质包括熔盐电解质和添加剂；
30、所述阴极为上述多孔的金属-陶瓷复合电极。
31、进一步的，所述添加剂为含有氧离子的添加剂、含有氢氧根离子的添加剂或含有硼酸根离子的添加剂中的至少一种，用量为熔盐电解质质量的3～20％。
32、优选的，所述含有氧离子的添加剂包括li2o、na2o、k2o和cao中的至少一种；所述含有氢氧根离子的添加剂包括lioh、naoh、koh和ca(oh)2中的至少一种；所述含有硼酸根离子的添加剂包括硼酸钠、偏硼酸钠、多硼酸钠、硼酸钾和硼酸钙中的至少一种。
33、进一步的，所述熔盐电解质包括碱金属或碱土金属的碳酸盐、氯化物盐或氢氧化物。
34、优选的，所述碳酸盐为li2co3、na2co3、k2co3和caco3中的至少一种；所述氯化物盐为licl、nacl、kcl和cacl2中的至少一种；所述氢氧化物为lioh、nao本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯用多孔的金属-陶瓷复合电极的制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体和金属氧化物粉体的质量比大于3:1；所述分散剂的用量为陶瓷粉体质量的0.5～2％；所述有机单体的用量为陶瓷粉体质量的0.5～15％；所述有机单体和交联剂的质量比为10:1；所述陶瓷粉体与水的质量比为3～8:1；所述发泡剂的用量为水质量的5～40％；所述引发剂的用量为有机单体质量的50～120％；所述催化剂的添加量为陶瓷粉体质量的0.01～1％；所述烧结的温度为1000～1800℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间为4～8h，烧结环境为惰性环境；所述高温还原的温度为800～1000℃，时间为1～4h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化物导电陶瓷；所述金属氧化物粉体为CuO；所述分散剂包括柠檬酸铵或四甲基氢氧化铵；所述有机单体为丙烯酰胺；所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；所述发泡剂为十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的至少
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物粉体还包括NiO、Fe3O4、CoO和MoO3中的至少一种；所述氧化物导电陶瓷为YSZ、GDC或钙钛矿基陶瓷材料。
5.一种如权利要求1～4任一项所述制备方法制得的多孔的金属-陶瓷复合电极。
6.一种如权利要求5所述的多孔的金属-陶瓷复合电极作为催化电极在熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯中的应用。
7.一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯的方法，其特征在于，步骤包括：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述添加剂为含有氧离子的添加剂、含有氢氧根离子的添加剂或含有硼酸根离子的添加剂中的至少一种，用量为熔盐电解质质量的3～20％；所述熔盐电解质包括碱金属或碱土金属的碳酸盐、氯化物盐或氢氧化物；所述电解为恒流电解或恒压电解。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含有氧离子的添加剂包括Li2O、Na2O、K2O和CaO中的至少一种；所述含有氢氧根离子的添加剂包括LiOH、NaOH、KOH和Ca(OH)2中的至少一种；所述含有硼酸根离子的添加剂包括硼酸钠、偏硼酸钠、多硼酸钠、硼酸钾和硼酸钙中的至少一种；所述碳酸盐为Li2CO3、Na2CO3、K2CO3和CaCO3中的至少一种；所述氯化物盐为LiCl、NaCl、KCl和CaCl2中的至少一种；所述氢氧化物为LiOH、NaOH、KOH或Ca(OH)2中的至少一种；所述恒流电解的电流为50mA～2A；所述恒压电解的电压为1.5V～5V。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述阳极为Au、Pt、二氧化锡陶瓷、石墨或镀铂钛贵金属涂层电极中的一种，或，镍及其合金、铁及其合金、铜及其合金、铬及其合金或铝及其合金的金属基氧化物涂层电极中的一种；所述电解质的工作温度为400～1000℃；所述电场烟气包括CO2和H2O。
...【技术特征摘要】
1.一种熔盐电催化还原电厂烟气制乙烯用多孔的金属-陶瓷复合电极的制备方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体和金属氧化物粉体的质量比大于3:1；所述分散剂的用量为陶瓷粉体质量的0.5～2％；所述有机单体的用量为陶瓷粉体质量的0.5～15％；所述有机单体和交联剂的质量比为10:1；所述陶瓷粉体与水的质量比为3～8:1；所述发泡剂的用量为水质量的5～40％；所述引发剂的用量为有机单体质量的50～120％；所述催化剂的添加量为陶瓷粉体质量的0.01～1％；所述烧结的温度为1000～1800℃，升温速率为5～20℃/min，保温时间为4～8h，烧结环境为惰性环境；所述高温还原的温度为800～1000℃，时间为1～4h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化物导电陶瓷；所述金属氧化物粉体为cuo；所述分散剂包括柠檬酸铵或四甲基氢氧化铵；所述有机单体为丙烯酰胺；所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺；所述发泡剂为十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；所述引发剂为过硫酸铵水溶液，浓度为5％～10％；所述催化剂为n,n,n',n'-四甲基乙二胺。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述金属氧化物粉体还包括nio、fe3o4、coo和moo3中的至少一种；所述氧化物导电陶瓷为ysz、gdc或钙钛矿基陶瓷材料。
5.一种如权利要求1～4任一项所述制备方法制得的多孔的金属-陶瓷复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：范泽宇，陈霞，周显，李家正，韩炜，鲁麒，王媛怡，邓闪闪，高卓凡，曹亚，彭子凌，
申请(专利权)人：长江水利委员会长江科学院，
类型：发明
国别省市：
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