【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二氧化碳捕集，尤其涉及一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置及方法。
技术介绍
1、面对全球气候挑战的加剧，降低温室气体排放已成为国际社会的共同目标，并正在塑造全球经济发展的新趋势。同时，随着氢能技术的迅猛发展，通过电解水来生产氢气的技术正逐渐成为主要的氢气获取方式之一。尽管如此，现有的二氧化碳捕集技术仍面临工艺复杂、条件限制严格和捕集效率低下的挑战。此外，再生过程中所需的大量能量消耗也是制约碳捕集技术发展的一个重要因素。目前，电解水制氢技术主要专注于生产氢气，而未能充分利用电解过程中溶液变化所带来的潜在能量资源。
2、现有技术提出了一种在电解水制氢的同时，实现二氧化碳捕集的方法。该方法利用电解过程中产生的酸碱溶液进行二氧化碳捕集，并通过空气氧化去除烟气中的二氧化硫，从而提高二氧化碳捕集效率。但是这种方法存在着以下问题，使用的盐桥或者隔膜会增大离子传输阻抗，导致在电解过程中需要施加更高的电压才能维持同样的电流，这会导致电解效率降低和能量消耗增加。同时使得装置结构复杂，需要额外的空间，使得结构不紧凑，影响了系统的空间利用效率，给某些应用场景带来了不便。
3、本专利技术为解决上述技术问题，设计了一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置及方法，旨在解决电解时离子传输阻抗大以及装置结构复杂不紧凑的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如
3、在上述技术方案基础上，所述阳极组件包括阳极多孔传输层和阳极双极板，所述阳极双极板和阳极多孔传输层沿靠近质子交换膜的方向依次设置。
4、可选地，所述阴极组件包括阴极多孔传输层和阴极双极板，所述阴极双极板和阴极多孔传输层沿靠近质子交换膜的方向依次设置。
5、在上述技术方案基础上，所述质子交换膜朝向阳极组件一侧涂覆有阳极催化剂层，所述质子交换膜朝向阴极组件一侧涂覆有阴极催化剂层。
6、在上述技术方案基础上，所述第一出口设有氧气出口。
7、在上述技术方案基础上，所述第一溶液池和第二溶液池之间以及中间溶液池和第三溶液池之间均设有进液阀。
8、在上述技术方案基础上，所述中间溶液池设有排气口，所述排气口设有排气阀。
9、第二方面，本申请提供一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的方法，应用于如上述实施例中任一项所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，包括以下步骤：第一溶液池在进液泵的作用下通过第一进口向阳极提供电解液，在阳极生成第二溶液、氧气和氢离子，第二溶液进入第二溶液池，氧气通过氧气出口排出；氢离子和金属阳离子通过质子交换膜进入阴极，在阴极生成中间溶液和氢气，氢气排出，中间溶液进入中间溶液池，待中间溶液池的酸碱度达到预设值时，通过第二进口向中间溶液池通入空气，中间溶液与空气反应得到第三溶液，第三溶液进入第三溶液池；第三溶液进入第二溶液池，与第二溶液反应生成第一溶液和二氧化碳，二氧化碳通过二氧化碳捕集装置进行捕捉，第一溶液进入第一溶液池进行循环利用。
10、在上述技术方案基础上，质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的方法还包括待中间溶液池的酸碱度达到预设值时通入除尘后的烟气后再通入空气，中间溶液与烟气反应生成hco3-和so32-，空气将so32-氧化成so42-，hco3-进入第二溶液池。
11、在上述技术方案基础上，所述第一溶液池中的电解液是硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵或硫酸镁的水溶液。
12、与相关技术相比，本专利技术的有益效果如下：
13、本专利技术通过设置第一溶液池为电解装置阳极提供电解液，电解液在进液泵的作用下通过第一进口进入阳极组件，电解生成氧气和氢离子，部分氢离子与第一溶液反应得到酸性第二溶液，第二溶液进入第二溶液池，氧气排出，部分氢离子和金属阳离子通过质子交换膜进入阴极组件，在阴极产生氢气和中间溶液，氢气排出，中间溶液进入中间溶液池，待中间溶液池的酸碱度达到预设值时，向中间溶液池通入空气，碱性中间溶液与空气反应生成第三溶液，第三溶液进入第三溶液池，然后流入第二溶液池，与第二溶液反应生成第一溶液和二氧化碳，二氧化碳由二氧化碳捕集装置进行捕捉，生成的第一溶液流入第一溶液池，以供后续电解过程循环使用。
14、与现有技术相比，质子交换膜的设置能够显著降低电解过程中离子传输阻抗，电解槽的改进，使得电解液能够循环使用，提高电解效率，而且可以省去盐桥和隔膜的复杂结构，简化了系统的设计，使得整个装置更加紧凑，同时，在一定程度上提高了二氧化碳捕集效率。
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1.一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，包括电解装置和二氧化碳捕集装置，所述电解装置包括质子交换膜、阳极组件、阴极组件、电源、第一溶液池、第二溶液池、中间溶液池和第三溶液池，所述阳极组件和阴极组件设于质子交换膜的两侧，且分别与电源的正极和负极相连接，所述阳极组件设有第一进口和第一出口，所述第一进口与第一溶液池相连通且设有进液泵，所述第一出口与第二溶液池相连通，所述第二溶液池一侧与第一溶液池相连通，另一侧与二氧化碳捕集装置相连接，所述阴极组件设有第二出口，所述第二出口与中间溶液池相连通且设有氢气出口，所述中间溶液池设有第二进口，且与第三溶液池相连通并设有进液泵，第三溶液池与第二溶液池相连通。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述阳极组件包括阳极多孔传输层和阳极双极板，所述阳极双极板和阳极多孔传输层沿靠近质子交换膜的方向依次设置。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述阴极组件包括阴极多孔传输层和阴极双极板，所述阴极双极板和阴极多孔传输层沿靠近
4.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述质子交换膜朝向阳极组件一侧涂覆有阳极催化剂层，所述质子交换膜朝向阴极组件一侧涂覆有阴极催化剂层。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述第一出口设有氧气出口。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述第一溶液池和第二溶液池之间以及中间溶液池和第三溶液池之间均设有进液阀。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述中间溶液池设有排气口，所述排气口设有排气阀。
8.一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的方法，应用于如权利要求1至7中任一项所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的方法，其特征在于，还包括待中间溶液池的酸碱度达到预设值时通入除尘后的烟气后再通入空气，中间溶液与烟气反应生成HCO3-和SO32-，空气将SO32-氧化成SO42-，HCO3-进入第二溶液池。
10.根据权利要求8所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的方法，其特征在于，所述第一溶液池中的电解液是硫酸钾、硫酸钠、硫酸铵或硫酸镁的水溶液。
...【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，包括电解装置和二氧化碳捕集装置，所述电解装置包括质子交换膜、阳极组件、阴极组件、电源、第一溶液池、第二溶液池、中间溶液池和第三溶液池，所述阳极组件和阴极组件设于质子交换膜的两侧，且分别与电源的正极和负极相连接，所述阳极组件设有第一进口和第一出口，所述第一进口与第一溶液池相连通且设有进液泵，所述第一出口与第二溶液池相连通，所述第二溶液池一侧与第一溶液池相连通，另一侧与二氧化碳捕集装置相连接，所述阴极组件设有第二出口，所述第二出口与中间溶液池相连通且设有氢气出口，所述中间溶液池设有第二进口，且与第三溶液池相连通并设有进液泵，第三溶液池与第二溶液池相连通。
2.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述阳极组件包括阳极多孔传输层和阳极双极板，所述阳极双极板和阳极多孔传输层沿靠近质子交换膜的方向依次设置。
3.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述阴极组件包括阴极多孔传输层和阴极双极板，所述阴极双极板和阴极多孔传输层沿靠近质子交换膜的方向依次设置。
4.根据权利要求1所述的质子交换膜电解水制氢耦合二氧化碳捕集的装置，其特征在于，所述质子交换膜朝向阳极组件一...
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