【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解还原，尤其是，涉及一种用于电解还原二氧化碳的反应器。
技术介绍
1、二氧化碳电化学还原是以二氧化碳、电子、水为原料进行的反应，通过调节还原电位，可得到一系列产物：co、甲酸、甲烷、甲醇、乙烯等16种含氧化合物和碳氢化合物。
2、随着二氧化碳还原技术的快速发展，新的高性能催化剂不断出现。各种形态纳米催化剂(包括零维和二维尺寸)、金属-有机骨架催化剂、纳米簇催化剂、分子催化剂和单原子催化剂，显示出良好的性能。然而，在反应器开发方面的研究十分有限，几乎都集中在气体扩散电极型反应器的研制上面。
3、采用气体扩散电极尽管大大提高了电流密度，但在工程应用中存在以下问题：
4、(1)对进气压强十分敏感。在阴极室含有电解液时，如果液相压强与气相压强间的压差不相等，会出现对流流动，反应器无法正常操作。当气相压强偏大时，背面的二氧化碳气体就会以鼓泡方式流入电解液中，与电解液(通常为1m的koh)发生反应，造成二氧化碳损失；当液相压强偏大时，电解液会渗入扩散电极内部，造成“水淹”，使电极受到液体浸泡而发生结构分解。最为理想的情况是压差为0，即使如此还存在盐析问题。
5、(2)盐析问题。盐析问题由两个因素导致：一是毛细抽吸现象，由于气体扩散电极为多孔结构，电解液就会沿着毛细管路渗透到气相区，随着水分不断蒸发，最终形成结晶；二是高电流密度下电极表面反应位点处氢氧根离子浓度明显高于液相主体，引起二氧化碳转化为碳酸氢盐和碳酸盐的串联反应，气体通道极易被盐析产生的盐粒所堵塞。
6、(
7、(4)当处理量很大或要求达到高转化率时，需将电池槽并联或串联使用(cn219793137u)。由于各部件很薄且紧固在一起，一旦出现盐析、水淹、催化剂脱落等问题，则需要一一打开每个电解槽，使得检修工作非常困难。尽管也可以将电极做成管状(例如cn117448853 a)，但至今没有列管式结构报道，依靠单管仍然无法实现大型化。
技术实现思路
1、鉴于以上问题，本专利技术提出了一种具有板式塔结构的二氧化碳电解还原反应器，技术方案如下：
2、一种二氧化碳电解还原反应器，所述反应器包括具有多层板状电极的反应段；所述板状电极具有中心开孔或边缘开孔，并整体交替布置，以使得电解液处于折流流动状态，实现更好的流体混合功能。
3、所述反应器是鼓泡塔式结构，还包括分别与所述反应段绝缘连接的上封头和下封头，所述下封头是进气段，所述上封头是气液分离段。
4、所述板状电极由具有催化活性的电极材料加工而成。
5、所述反应段的器壁由开孔的金属材料制成，所述金属材料具有电解还原催化活性或为惰性金属导体。
6、所述器壁与所述板状电极相连以形成连通的导体，并连接至电源负极。
7、所有相邻层的板状电极分别具有中心开孔和边缘开孔。
8、所述反应段的器壁外表面包覆离子交换膜，用于阻止阴极室和阳极室的分子发生混合，同时保证阴极室和阳极室之间的离子传递。
9、所述电源负极与阴极室连接，电源正极与阳极室连接。
10、与现有技术相比，本专利技术所提出的电解还原反应器具有以下特色和创新点：
11、(1)本专利技术的板状还原电极由多孔电极材料(如金属板、金属网、金属网-碳材料复合板等)经过一定工艺加工而成，具有强度高、耐磨损、可大面积制作的优点。而现有技术的气体扩散电极是将催化剂粉末、导电材料、疏水材料、离子聚合物制成浆料后涂覆到碳纸上面得到，总厚度只有0.2-0.3mm，强度低、易破损、不易大面积制备。
12、(2)本专利技术的多层板状电极整体形成还原电极，结构简单、安装方便，阴极室和阳极室之间距离较短，溶液电阻很小，易于实现大型化。相比之下，现有技术的气体扩散电极只能将每一张电极薄片作为一个阴极使用，并需要一个阳极与之对应，成本极高，不易大型化。
13、(3)本专利技术的电解还原反应器，由于电极板正对气泡上升方向，使得电极板下表面被二氧化碳气膜所覆盖，提高了电极表面二氧化碳浓度，形成有利于二氧化碳传质的气-液-固三相区。随着二氧化碳气泡逐层上升，转化率将不断增加，最终获得高转化率。
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1.一种二氧化碳电解还原反应器，其特征在于，所述反应器包括具有多层板状电极的反应段；所述板状电极具有中心开孔或边缘开孔，并整体交替布置。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器是鼓泡塔式结构，还包括分别与所述反应段绝缘连接的上封头和下封头，所述下封头是进气段，所述上封头是气液分离段。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述板状电极由具有催化活性的电极材料加工而成。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应段的器壁由开孔的金属材料制成，所述金属材料具有电解还原催化活性或为惰性金属导体。
5.根据权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述器壁与所述板状电极相连以形成连通的导体，并连接至电源负极。
6.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所有相邻层的板状电极分别具有中心开孔和边缘开孔。
7.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应段的器壁外表面包覆离子交换膜。
8.根据权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述电源负极与阴极室连接，电源正极与阳极室连接。p>...
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳电解还原反应器，其特征在于，所述反应器包括具有多层板状电极的反应段；所述板状电极具有中心开孔或边缘开孔，并整体交替布置。
2.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器是鼓泡塔式结构，还包括分别与所述反应段绝缘连接的上封头和下封头，所述下封头是进气段，所述上封头是气液分离段。
3.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述板状电极由具有催化活性的电极材料加工而成。
4.根据权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应段的器壁由开孔...
【专利技术属性】
技术研发人员：程振民，胡青，晁林杰，刘宇婧，林静，魏治行，吴玉榕，黄子宾，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：
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