基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法技术

本发明专利技术公开了基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法。具体包括：以金属氧化物电极为第一阴极、石墨电极为第一阳极、熔盐电解质组成第一电解体系；将二氧化碳气体通入第一电解体系进行恒电压电解，二氧化碳在熔盐电解质中反应生成碳酸根离子，生成的碳酸根离子在第一阴极上被还原为单质碳，单质碳和脱除部分氧离子的金属氧化物在第一阴极上反应生成金属碳氧固溶体；以生成金属碳氧固溶体的第一阴极为第二阳极，金属电极为第二阴极，与熔盐电解质组成第二电解体系；第二电解体系进行恒电压电解，金属碳氧固溶体被氧化，在第二阴极被还原析出高纯金属，在第二阳极上产出二氧化碳或一氧化碳。碳或一氧化碳。碳或一氧化碳。

【技术实现步骤摘要】
基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法


[0001]本申请属于化学冶金
，具体涉及基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法。

技术介绍

[0002]目前对能源和材料的更高需求导致二氧化碳排放的增加，但这与绿色化学的概念相违背，对于建立一个可持续发展的社会，无疑是一个严重的问题。二氧化碳排放被认为是全球气候变化的主要因素。人们提出了各种解决二氧化碳排放的方法，例如减少排放、改变可再生能源，安全捕获、储存二氧化碳等。
[0003]然而，由于化石燃料在能源工业中仍旧发挥主导作用，通过减少化石燃料的使用来减少二氧化碳排放在近期内难以实现。因此，高效、低成本的二氧化碳捕获和储存、转换和利用技术被认为是最有前途的技术。大规模二氧化碳捕获的技术主要包括溶剂基化学吸附技术、碳酸盐环状技术和氧燃料过程转换技术。转换技术主要包括以下五种：二氧化碳化学转换为氢化材料；二氧化碳光化学转换成甲酸、甲烷；二氧化碳电化学或光电化学转换成一氧化碳、甲酸、甲醇或碳；二氧化碳生物转化成乙醇、糖；二氧化碳与乙酸重整生成一氧化碳和氢气。
[0004]在二氧化碳转换方法中，电化学还原二氧化碳为碳基产物的反应容易控制，而且产物提供了一种环境友好的能源。例如在水溶液、离子液体和熔盐中可以发生二氧化碳的电化学还原为碳。但是，二氧化碳在水溶液中的溶解度较低，二氧化碳的电还原电位与水分解电位非常接近，限制了二氧化碳在水溶液中的实际电化学转化。
[0005]电解精炼是指利用不同元素的阳极溶解或阴极析出难易程度的差异而提取纯金属的技术。
[0006]电解时用高温还原得到的粗金属制成阳极，用含有目标金属化合物的盐溶液做电解液，控制一定电位使溶解电位比精炼金属正的杂质存留在阳极或沉积在阳极泥中(其中往往含有贵金属)，用其他方法分离回收；溶解电位比精炼金属负的杂质则溶入溶液，不在阴极上析出，从而在阴极上可得到精炼的高纯金属。然而现有的熔盐电脱氧工艺产出二氧化碳、可溶阳极精炼工艺也有CO及温室气体的排出。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，一些实施例公开的技术方案是基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，具体包括：
[0008]以金属氧化物电极为第一阴极、石墨电极为第一阳极、熔盐电解质组成第一电解体系；
[0009]将二氧化碳气体通入第一电解体系进行恒电压电解，作为第一阴极的金属氧化物脱除部分氧离子；二氧化碳在熔盐电解质中反应生成碳酸根离子，生成的碳酸根离子在第一阴极上被还原为单质碳；单质碳和脱除部分氧离子的金属氧化物在第一阴极上反应生成
金属碳氧固溶体；
[0010]以形成金属碳氧固溶体的第一阴极为第二阳极，金属电极为第二阴极，与熔盐电解质组成第二电解体系；
[0011]第二电解体系进行恒电压电解，金属碳氧固溶体被氧化，生成的金属离子在第二阴极被还原析出高纯金属，生成的碳氧化物以气体形态释放、收集。
[0012]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，熔盐电解质为CaCl2、CaCl2‑
CaO或CaCl2‑
CaO
‑
Na2CO3。
[0013]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，恒电压电解的电压设定范围为1～10V。
[0014]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，恒电压电解的电解温度设定范围为450～960℃。
[0015]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，第一电解体系中恒电压电解的电解时间设定范围为4～10h。
[0016]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，第二电解体系中恒电压电解的电解时间设定范围为4～10h。
[0017]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，通入二氧化碳的流量范围为1～10cm3/s。
[0018]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，金属氧化物包括：钛、锆、铪、钽、铌、钒、钼、钨、铼、铬或镍的氧化物。
[0019]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，金属电极包括：钛、锆、铪、钽、铌、钒、钼、钨、铼、铬或镍电极。
[0020]一些实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，金属电极的金属与金属氧化物中的金属为同一种金属元素。
[0021]本申请实施例公开的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法将二氧化碳气体作为反应物加入熔盐电解体系，二氧化碳在熔盐中转化为碳酸根离子，碳酸根离子进一步在阴极上还原为单质碳，金属氧化物脱除部分氧离子，单质碳与脱除部分氧离子的金属氧化物在阴极反应生成金属碳氧固溶体，生成的金属碳氧固溶体进一步被还原，生成高纯金属和二氧化碳气体，生成的二氧化碳可以进一步收集，实现对二氧化碳的循环利用。基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法生产成本低、工艺简单、无污染，在精炼金属领域、二氧化碳的循环利用领域有良好应用前景。
附图说明
[0022]图1实施例1第一电解体系电解后第一阴极表面产物的XRD图；
[0023]图2实施例3基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的装置组成示意图。
具体实施方式
[0024]在这里专用的词“实施例”，作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。本申请实施例中性能指标测试，除非特别说明，采用本领域常规试验方法。应理解，本申请中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本申请公开
的内容。
[0025]除非另有说明，否则本文使用的技术和科学术语具有本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义；作为本申请中其它未特别注明的试验方法和技术手段均指本领域内普通技术人员通常采用的实验方法和技术手段。
[0026]本文所用的术语“基本”和“大约”用于描述小的波动。例如，它们可以是指小于或等于
±
5％，如小于或等于
±
2％，如小于或等于
±
1％，如小于或等于
±
0.5％，如小于或等于
±
0.2％，如小于或等于
±
0.1％，如小于或等于
±
0.05％。在本文中以范围格式表示或呈现的数值数据，仅为方便和简要起见使用，因此应灵活解释为不仅包括作为该范围的界限明确列举的数值，还包括该范围内包含的所有独立的数值或子范围。例如，“1～5％”的数值范围应被解释为不仅包括1％至5％的明确列举的值，还包括在所示范围内的独立值和子范围。因此，在这一数值范围中包括独立值，如2％、3.5％和4％，和子范围，如1％～3％、2％～4％和3％～5％等。这一原理同样适用于仅列举一个数值的范围。此外，无论该范围的宽度或所述特征如何，这样的解释都适用。
[0027]在本文中，包括权利要求书中，连接词，如“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，其特征在于，具体包括：以金属氧化物电极为第一阴极、石墨电极为第一阳极、熔盐电解质组成第一电解体系；将二氧化碳气体通入所述第一电解体系进行恒电压电解，作为第一阴极的金属氧化物脱除部分氧离子；二氧化碳在所述熔盐电解质中反应生成碳酸根离子，生成的所述碳酸根离子在所述第一阴极上被还原为单质碳；所述单质碳和脱除部分氧离子的金属氧化物在所述第一阴极上反应生成金属碳氧固溶体；以生成所述金属碳氧固溶体的第一阴极为第二阳极，金属电极为第二阴极，与所述熔盐电解质组成第二电解体系；所述第二电解体系进行恒电压电解，所述金属碳氧固溶体被氧化，生成的金属离子在所述第二阴极被还原析出高纯金属，生成的碳氧化物以气体形态释放、收集。2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，其特征在于，所述熔盐电解质为CaCl2、CaCl2‑
CaO或CaCl2‑
CaO
‑
Na2CO3。3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳捕获碳化电解精炼高纯金属的方法，其特征在于，所述恒电压电解的电压设定范围为1～10V。...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋建勋，王绘娟，李少龙，杨斌，何季麟，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：