一种在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法技术

本发明专利技术涉及一种在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，采用蛇形气液流通通道和多孔电极，充分降低电解池的极间距；用双极膜和阳离子交换膜将电解池分隔成阴极室、中间室和阳极室，形成三隔室电解池；阴极室为流通有大量二氧化碳气体的有机复合电解液，中间室电解液为金属氯化物水溶液，阳极室电解液也为金属氯化物水溶液。电解反应过程中，阴极室上生成一氧化碳，阳极上生成氯气，中间室中不断生成氢氧化物；氯气通过气液分离池分离后后导入中间室中，与中间室生成的金属氢氧化物反应生成次氯酸盐，次氯酸盐属于84消毒液的主要成分。本发明专利技术具有工艺流程短、操作方法简单、生产成本低、设备占地面积小、启停容易等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法

技术介绍

[0001]一氧化碳是化工合成气的主要成分，是合成一系列基本有机化工产品和中间体的重要原料；次氯酸盐是一种重要的消毒剂与漂白剂，主要用于漂白、工业废水处理、造纸、纺织、制药、精细化工、卫生消毒等众多领域。当前，工业上主要使用煤炭和天然气法合成一氧化碳，该方法以自然资源煤炭、天然气等为原料通过气化、羰基化等工艺过程来合成一氧化碳，然后根据生产中对一氧化碳的纯度要求进行分离、提纯，得到各种含量的一氧化碳；次氯酸盐在工业上主要利用氢氧化钙和氯气为原料合成：2Ca(OH)2+2Cl
2 =Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O，所需氢氧化钙来自于石灰窑煅烧工艺，所需氯气来自于氯碱工艺。一氧化碳和次氯酸盐的两种工业化合成方法均存在工艺流程长、设备占地面积大、操作方法复杂、生产成本高等缺点。
[0002]将二氧化碳电还原为一氧化碳，合成下游产品，是实现碳资源循环利用的重要技术途径之一。传统方法主要在水溶液将二氧化碳电还原为一氧化碳，阳极反应为水的氧化反应，生成产物为氧气。这种方法已有100多年研究历史，至今仍未实现工业化应用，存在的主要问题是：第一、二氧化碳是非极性分子，在水溶液中溶解度很小，标准状态下只有0.033mol/L，导致阴极反应的电流密度过低；第二、在水溶液中电解二氧化碳制一氧化碳时，为了提高电解液的导电性，需要在电解液中加入无机支持电解质，由此不可避免地将一些无机杂质带入到电解液中，其中一些杂质在阴极表面发生电沉积反应，形成析氢过电位低的表面活性点，导致析氢反应速度加快，同时也导致电极材料对二氧化碳电还原反应的电催化活性降低；第三、在水溶液中电解二氧化碳制一氧化碳时，由于特定的电极/电解液界面环境，少量二氧化碳发生深度还原，生成无定型碳，附着在阴极表面，导致电极中毒[Y. Hori. Electrochimica Acta 50 (2005) 5354
‑
5369]，生成一氧化碳的电流效率迅速降低为零；第四、电解二氧化碳制一氧化碳的反应，其阴极反应产物为一氧化碳，阳极反应产物为氧气，由于一氧化碳可由煤制气法制得，氧气可由空气分离法制得，后两种方法的生产成本很低，导致电解二氧化碳制一氧化碳的生产成本过高，不具备经济可行性。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，使用蛇形通道和多孔电极材料，将蛇形通道、多孔电极、离子交换膜紧密贴合，充分降低阴极与阳极的极间距；用双极膜和阳离子交换膜将电解池分隔成阴极室、中间室和阳极室，形成三隔室电解池，阴极室电解液为有机复合电解液且流通二氧化碳气体，中间室电解液为金属氯化物水溶液，阳极室电解液也为金属氯化物水溶液，电解反应过程中，阴极上生成一氧化碳，阳极上生成的氯气经过气液分离池后通过导气通入中间室，与中间室中的氢氧化物反应生成次氯酸盐。
[0004]所述双极膜中阴离子渗透层为咪唑化聚醚醚酮阴离子渗透层、含二元胺的苯乙烯/乙烯苄基氯共聚物阴离子渗透层、季铵化聚乙烯阴离子渗透层、季铵化聚氯乙烯阴离子渗透层、季铵化聚苯醚阴离子渗透层、含二环胺的聚砜阴离子渗透层、季铵化苯乙烯/二乙烯苯共聚物阴离子渗透层、含季铵和仲胺的全氟聚合物阴离子渗透层中的一种，阴离子渗透层的厚度为15至300微米；双极膜中阳离子渗透层为磺化聚乙烯阳离子渗透层、磺化聚苯乙烯阳离子渗透层、磺化聚醚醚酮阳离子渗透层、磺化聚偏氟乙烯阳离子渗透层、全氟磺酸型阳离子渗透层中的一种，厚度为15至300微米，在阳离子渗透层和阴离子渗透层的界面区域引入水解离催化剂，所述水解离催化剂为聚乙烯酸/聚乙烯吡啶盐络合物、磺化聚醚醚酮、氢氧化铬、氧化锆、硅铝酸盐、三氧化二铬、氧化镍、氢氧化铝、氧化锡、氢氧化铁、二氧化锰、二氧化铱、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铟、三氧化二钴、铋、锡、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或几种任意比例混合物。
[0005]所述阳离子交换膜为磺化聚乙烯阳离子交换膜、磺化聚苯乙烯阳离子交换膜、磺化聚偏氟乙烯阳离子交换膜、氯磺化聚乙烯基阳离子交换膜、全氟磺酸型阳离子交换膜中的一种。
[0006]所述阴极室电解液中的有机复合电解液包含三种功能组分：有机溶剂、有机支持电解质和均相电催化剂，其中有机溶剂为二甲亚砜、N,N
‑
二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、N
‑
甲基吡咯烷酮、碳酸二乙酯、乙腈中的一种或上述溶剂按任意比例组成的混合溶剂，所述有机支持电解质为季铵盐、氯化胆碱中的一种或上述两种支持电解质按任意比例组合的混合物，所述均相电催化剂为金属卟啉化合物、金属酞菁化合物、三羰基
‑
2,2
’‑
二联吡啶金属卤化物、咪唑类离子液体、吡啶类离子液体中的一种或上述均相电催化剂按任意比例组成的混合物。
[0007]作为有机复合电解液中有机支持电解质的季铵盐，其化学结构式为：R1、R2、R3、R4为C1‑
C5的碳氢链，X
‑
为CF3SO3‑
、ClO4‑
、(CF3SO2)2N
‑
、CF3COO
‑
、H2PO4‑
、HCO3‑
、Cl
‑
、HSO4‑
、Br
ꢀ‑
、I
‑
中的任意一种。
[0008]作为有机复合电解液中均相电催化剂的金属卟啉化合物，其化学结构式为：M1为铁、钴、鎳中的任意一种，R1、R2、R3、R4为氢原子或C1‑
C5的碳氢链，或苯取代基。
[0009]作为有机复合电解液中均相电催化剂的金属酞菁化合物，其化学结构式为：M2为铁、锰、铜或鎳。
[0010]作为有机复合电解液中有机均相电催化剂的三羰基
‑
2,2
’‑
二联吡啶金属卤化物，其化学结构式为：M3为锰或铼，X为Cl、Br或I，R1、R2为氢原子或C1‑
C5的碳氢链。
[0011]作为有机复合电解液中均相电催化剂的咪唑类离子液体，其化学结构式为：R1、R2为C1‑
C5的碳氢链；M、N为连接到碳氢链上的氢原子或官能团，官能团为：—CN、—NH2或—OH；X
‑
为(CF3SO2)2N
‑
、CF3COO
‑
、CF3SO3‑
、HCO3‑
、HSO4‑
、H2PO4‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的任意一种。
[0012]作为有机复合电解液中均相电催化剂的吡啶类离子液体的结构式为：其中，R为C1‑
C5的碳氢链，M为连接到碳氢链上的官能团或氢原子，官能团为：—NH2、—CN或—OH；X
‑
为CF3SO3‑
、CF3COO
‑
、(CF3S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，其特征在于：使用蛇形通道和多孔电极材料，将蛇形通道、多孔电极、离子交换膜紧密贴合，充分降低阴极与阳极的极间距；用双极膜和阳离子交换膜将电解池分隔成阴极室、中间室和阳极室，形成三隔室电解池；阴极室为有机复合电解液并通有流动二氧化碳，中间室电解液为金属氯化物水溶液，阳极室电解液为金属氯化物水溶液；电解反应过程中，阴极上生成一氧化碳，阳极上生成的氯气经导管导入中间室中，生成次氯酸盐。2.根据权利要求1所述的在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，其特征在于：微间隙为阴极室与阳极的蛇形通道、多孔电极、离子交换膜三者均紧密无间隙贴合，中间室尺寸2毫米，构建而成的电解池两电极间距为3~4毫米。3.根据权利要求1所述的在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，其特征在于：双极膜中阴离子渗透层为咪唑化聚醚醚酮阴离子渗透层、含二元胺的苯乙烯/乙烯苄基氯共聚物阴离子渗透层、季铵化聚乙烯阴离子渗透层、季铵化聚氯乙烯阴离子渗透层、季铵化聚苯醚阴离子渗透层、含二环胺的聚砜阴离子渗透层、季铵化苯乙烯/二乙烯苯共聚物阴离子渗透层、含季铵和仲胺的全氟聚合物阴离子渗透层中的一种，阴离子渗透层的厚度为15至300微米；双极膜中阳离子渗透层为磺化聚乙烯阳离子渗透层、磺化聚苯乙烯阳离子渗透层、磺化聚醚醚酮阳离子渗透层、磺化聚偏氟乙烯阳离子渗透层、全氟磺酸型阳离子渗透层中的一种，厚度为15至300微米，在阳离子渗透层和阴离子渗透层的界面区域引入水解离催化剂，所述水解离催化剂为聚乙烯酸/聚乙烯吡啶盐络合物、磺化聚醚醚酮、氢氧化铬、氧化锆、硅铝酸盐、三氧化二铬、氧化镍、氢氧化铝、氧化锡、氢氧化铁、二氧化锰、二氧化铱、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铟、三氧化二钴、铋、锡、钌、铑、钯、锇、铱、铂中的一种或几种任意比例混合物。4.根据权利要求1所述的在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，其特征在于：阳离子交换膜为磺化聚乙烯阳离子交换膜、磺化聚苯乙烯阳离子交换膜、磺化聚偏氟乙烯阳离子交换膜、氯磺化聚乙烯基阳离子交换膜、全氟磺酸型阳离子交换膜中的一种。5.根据权利要求1所述的在微间隙电解池中制备一氧化碳和次氯酸盐的隔膜电解方法，其特征在于：阴极室电解液中的有机复合电解液包含三种功能组分：有机溶剂、有机支持电解质和均相电催化剂，其中有机溶剂为二甲亚砜、N,N
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二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯、N
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甲基吡咯烷酮、碳酸二乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建雄，张金忠，施锦，沈风霞，宋文康，华雅鑫，吴帅，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：