一种适合于调节内部空间中的二氧化碳浓度的电化学装置，包含具有接收含有二氧化碳的馈入气体的入口的阴极腔室。所述阴极腔室中的还原催化剂层还原所述气体中的二氧化碳以形成离子载体物质。具有出口的阳极腔室输出包括二氧化碳的气体。固体电解质膜将所述阳极腔室与所述阴极腔室隔开，且在所述阴极腔室与所述阳极腔室之间传输所述离子载体物质。所述膜包含离子液体。所述阳极腔室中的氧化催化剂层将所述离子载体物质氧化以形成二氧化碳。电压源提供跨越所述膜的电压差。
【技术实现步骤摘要】
用于调节室内气氛中的二氧化碳浓度的系统和方法本申请主张由Vedharathinam等人2017年3月7日提交的第62/468,350号和2017年3月7日提交的第62/468,332号美国临时申请的优先权，两个申请都名为《用于有效地移除室内CO2的系统和方法(SYSTEMANDMETHODFOREFFECTIVELYREMOVINGINDOORCO2)》，所述申请的揭示内容以全文应用的方式并入本文中。
技术介绍
示范性实施例涉及调节封闭空间的气氛中的二氧化碳浓度。所述示范性实施例发现关于用于还原来自室内空气中的二氧化碳的设备和方法的特定应用。已经使用各种方法来调节室内空气中的碳浓度。在商用建筑中，常常使用室外空气(大体上300ppm至400ppm或更少二氧化碳)来频繁进行换气，以确保将室内空气维持在ASHRAE建议的含量下(ASHRAE标准，室内空气换气质量(VentilationforIndoorAirQuality)，2003)。换气的成本可能相当高。举例来说，BTO市场计算器估计，商用建筑中的使用者呼出116MTCO2，且现有HVAC系统在再循环和加热或冷却外部空气时消耗2.25夸德(2.37×1012MJ)的能量(按一次燃料计)(参见https://trynthink.github.io/scout/calculator.html)。这对应于用于移除大量建筑CO2的高能量成本(约2.2MJmol-1CO2)。在不存在智能CO2移除系统的情况下，大量能量在过度的用于将室内空气稀释到可接受的CO2含量的换气中浪费(Mysen等人，《挪威小学中的占用密度和按需控制换气的益处(Occupancydensityandbenefitsofdemand-controlledventilationinNorwegianprimaryschools)》，《能量和建筑(Energy&Buildings)》，37，1234-1240(2005))。在如今的研究指向更严格的空气质量标准(低于650ppm)对使用者生产效率的益处的条件下，预期增加使用能量昂贵的换气。(Allen等人，《办公室工作人员中认知功能得分与二氧化碳、换气以及挥发性有机化合物暴露的相关性：绿色和传统办公室环境的受控暴露研究(AssociationsofCognitiveFunctionScoreswithCarbonDioxide,Ventilation,andVolatileOrganicCompoundExposuresinOfficeWorkers:AControlledExposureStudyofGreenandConventionalOfficeEnvironments)》，《环境卫生视角(EnvironPerspectives)》，124(6)805-812(2016)；Satish等人，《CO2是室内污染物吗？低到中度CO2浓度对于人类决策表现的直接作用(IsCO2anIndoorPollutant？DirectEffectsofLow-to-ModerateCO2ConcentrationsonHumanDecision-MakingPerformance)》，《环境卫生视角(EnvironHealthPerspectives)》，120(12):1671-1677(2012))。已经使用包含吸附剂的再生CO2移除系统来从室内空气除去CO2。参见Lackner，《从环境空气捕获二氧化碳(Captureofcarbondioxidefromambientair)》，欧洲物理(EuropeanPhys.)J.特别主题176(1):93-106(2009)；Hoffman，《NETL报告：对用于CO2捕获的可再生吸附剂的研究(NETLReport:StudyofregenerablesorbentsforCO2capture)》，《能量环境资源(EnergyEnviron.Res.)》，1.1:90-100(2001)；Fuchs；W.；Kim等人的第3,511,595号美国专利《具有CO2捕获装置且在建筑中节省能量的新颖换气策略(AnovelventilationstrategywithCO2capturedeviceandenergysavinginbuildings)》，《能量和建筑(EnergyandBuildings)》，87,134-141(2015)。移除CO2的量取决于吸附剂体积，因此倾向于使系统较重。为再生吸附剂以供进一步使用，在低CO2分压下将其加热到高于150℃的高温，以释放吸附的CO2和水蒸气。这限制了提供连续处理室内空气的能力且还产生大量热。特定能量消耗已被估计为超过1MJmol-1CO2移除(Zeman，《从环境空气捕获的CO2的能量和物质平衡(EnergyandBalanceofCO2CapturefromAmbientAir)》，《环境科学技术(Environ.Sci.Technol.)》，41(21)，7558-7563(2007))，但在商业化的基于吸附剂的系统中已展示冷却负载降低29％。活体植物也可提供移除部分室内CO2，但植物与使用者的比率需要较高，且在室内维持健康植物可能较昂贵(Darlington等人，《室内空气的生物过滤：空气质量的影响(Thebiofiltrationofindoorair:implicationsforairquality)》，《室内空气(IndoorAir)》，10(1):39-46(2000))。已提出用于消除室内CO2的电化学方法。用于电化学移除CO2的一种建议方法使用含有醌载体的膜电解质(Gellett，《固态空气纯化系统(SolidStateAirSystem)》，《NASANIACI期项目总结报告(NASANIACPhaseIFinalReport)》，第NNX12AR14G(2013)号项目)。然而，所述载体具有相对较弱氧气稳定性且已展示仅较低CO2移除通量。还已提出使用用于电化学浓缩CO2的1,4-苯醌载体的电化学CO2传输(Scovazzo等人，《将＜1％二氧化碳与氮气电化学分离并浓缩(Electrochemicalseparationandconcentrationof<1％carbondioxidefromnitrogen)》，《电化学社团杂志(J.Electrochem.Soc)》，150.5:D91-D98(2003))。然而，过程需要较高还原电势(-3V相对于Ag|AgCl)且不可连续操作。仍需要对于适用于从室内空气连续移除二氧化碳的高效节能系统。以引用的方式并入提到以下揭示内容以全文引用的方式并入本文中的参考：由SarojSahu在2016年3月3日公开的名为《与无重整器燃料电池相关联的设备和方法(APPARATUSANDMETHODASSOCIATEDWITHREFORMER-LESSFUELCELL)》的第20160064763号美国公开描述基于固定在精细多孔陶瓷中的离子液体的燃料电池膜。由W.Fuchs在1970年5月12日发布的名为《从空气移除二氧化碳和水蒸气的方法(METHODOFREMOVING本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电化学装置，包括：阴极腔室，包含接收包括二氧化碳的馈入气体的入口；所述阴极腔室中的还原催化剂层，所述还原催化剂层还原所述气体中的二氧化碳以形成离子载体物质；阳极腔室，具有输出包括二氧化碳的气体的出口；电解质膜，将所述阳极腔室与所述阴极腔室隔开，所述膜包括离子液体，所述膜在所述阴极腔室与所述阳极腔室之间传输所述离子载体物质；所述阳极腔室中的氧化催化剂层，所述氧化催化剂层将所述离子载体物质氧化以形成二氧化碳；以及能量源，与所述还原催化剂层和所述氧化催化剂层中的至少一个电连接，为所述还原和氧化提供能量。
【技术特征摘要】
2017.03.07 US 62/468332;2017.03.07 US 62/468350;201.一种电化学装置，包括：阴极腔室，包含接收包括二氧化碳的馈入气体的入口；所述阴极腔室中的还原催化剂层，所述还原催化剂层还原所述气体中的二氧化碳以形成离子载体物质；阳极腔室，具有输出包括二氧化碳的气体的出口；电解质膜，将所述阳极腔室与所述阴极腔室隔开，所述膜包括离子液体，所述膜在所述阴极腔室与所述阳极腔室之间传输所述离子载体物质；所述阳极腔室中的氧化催化剂层，所述氧化催化剂层将所述离子载体物质氧化以形成二氧化碳；以及能量源，与所述还原催化剂层和所述氧化催化剂层中的至少一个电连接，为所述还原和氧化提供能量。2.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述离子载体物质选自由以下组成的组：过氧二碳酸根阴离子、甲酸根阴离子、草酸根阴离子，和其混合物。3.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述离子液体膜是通过将单体与可聚合基团聚合而衍生的聚电解质。4.根据权利要求3所述的电化学装置，其中所述可聚合基团包含烯基官能基。5.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述膜包含选自以下的有机阳离子：含氮阳离子、含磷阳离子、含硫阳离子，和其组合。6.根据权利要求1所述的电化学装置，其中所述膜包含一般形式的含氮有机阳离子：其中R1、R2、R3和R4独立地选自H、C1-C12烷基、C1-C12烯基、C1-C12烷氧基、C1-C12羟烷基、C1-C12羟烯基，和其组合，且其中R1、R2、R3和R4中的至少一个不为H；X为C或N；且n为0或1。7.根据权利要求5所述的电化学装置，其中所述有机阳离子选自由以下组成的组：1,3-二甲基咪唑鎓、1,3-二乙基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1,2-二甲基-3-丙基咪唑鎓、1,3-二丙基咪唑鎓、1-乙基-3-丙基咪唑鎓、1,2-二甲基-3-N-...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·德赛，J·L·贝克吕韦斯特，G·艾夫泰姆，V·维达哈拉西纳姆，M·钦塔帕里，J·魏，S·M·多里斯，
申请(专利权)人：帕洛阿尔托研究中心公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。