一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法，属于次氯酸盐制备和二氧化碳资源化利用技术领域。本发明专利技术采用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室电解液为溶有大量二氧化碳的有机复合电解液，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，阳极室中得到次氯酸盐。这种方法具有工艺流程短、操作方法简单、生产效率高、设备占地面积小、安全系数高、环境友好等优点。环境友好等优点。环境友好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法


[0001]本专利技术涉及一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法，属于次氯酸盐制备和二氧化碳资源化利用


技术介绍

[0002]次氯酸盐一种重要的无机化工原料，可用于纺织、造纸、制药、消毒、精细化工、工业废水处理和抗腐蚀等众多领域。当前，次氯酸盐的制备方法主要有复分解法、电解法、液碱氯化法等，这些方法存在工艺流程长、设备占地面积大、产品纯度低、有效氯衰减、运输储存风险高等缺点。
[0003]将二氧化碳电还原为一氧化碳，合成下游产品，是实现二氧化碳减排与碳资源循环利用的重要技术途径。在过去的几十年中，人们致力于探索一种将二氧化碳转化为一氧化碳的高效电化学技术。提出了三种主要方法：传统方法是在水溶液中的H
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型电解池中进行。由于二氧化碳在水溶液中的低溶解度引起的传质限制，生成的一氧化碳电流密度非常低，在水溶液中的H型电解池中将二氧化碳电化学还原为一氧化碳距离工业应用还很遥远。为了解决二氧化碳溶解度和传质问题，一些科研人员采用气体扩散电极作为阴极将二氧化碳转化为一氧化碳。由于二氧化碳可以通过气体通道进入阴极，并畅通无阻地扩散到电催化剂，因此能够实现很高的电流密度，通常超过100 mA/cm2[Lv J J. Advanced Materials, 2018, 30(49):1803111.1
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1803111.8.]。然而，由于其在长期电解过程中的缺点[Nwabara U O. ChemSusChem, 2020, 13(5): 855
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875.]，如电极中毒、电解池的组件发生氧化、气体扩散电极上碳酸盐的形成，极大地限制了该反应器的大规模工业应用。另一种常用的二氧化碳电还原系统是固体氧化物电解池。该反应器必须在非常高的温度（600~900℃）下进行，因此可以实现高电流密度的一氧化碳生成。尽管如此，由于阴极和阳极容易中毒和失活，这种方法仍停留在实验室研究阶段。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题及不足，本专利技术提供一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置和方法。本专利技术通过以下技术方案实现：一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置，用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室电解液为溶有大量二氧化碳的有机复合电解液，阳极室电解液为金属氯化物水溶液，阴极上生成一氧化碳，阳极室中得到次氯酸盐；所述双极膜的阴离子选择性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，阴离子选择性渗透层的厚度为15至300微米；
所述双极膜的阳离子选择性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，阳离子选择性渗透层的厚度为15至300微米，在阳离子选择性渗透层和阴离子选择性渗透层的界面区域引入水解离催化剂。
[0005]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，或上述材料按任意比例构成的混合物。
[0006]所述阴极室中阴极为Au、Ag、Zn、Ga电极中的任一种，或上述金属任意比例构成的的合金；阳极室中阳极为氧化铱涂层钛电极、IrO2·
Ta2O5涂层钛电极、玻碳电极、石墨电极中的任一种。阴/阳电极可制成板状、片状、管状、泡沫多孔状结构，如等三维自支撑多孔电极。
[0007]所述阴极室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基亚砜、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、四氢呋喃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；所述阳极电解液为金属氯化物水溶液，满足要求的金属氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化锂、氯化铷或氯化钡。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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
‑
、(CF3SO2)2N
‑
、HCO3‑
、H2PO4‑
、HSO4‑
、Cl
‑
、Br
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置，其特征在于：用双极膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室电解液为溶有大量二氧化碳的有机复合电解液，阳极室电解液为金属氯化物水溶液，阴极上生成一氧化碳，阳极室中得到次氯酸盐；所述双极膜的阴离子选择性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，阴离子选择性渗透层的厚度为15至300微米；所述双极膜的阳离子选择性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，阳离子选择性渗透层的厚度为15至300微米，在阳离子选择性渗透层和阴离子选择性渗透层的界面区域引入水解离催化剂。2.根据权利要求1所述的电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置，其特征在于：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，或上述材料按任意比例构成的混合物。3.根据权利要求1所述的电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置，其特征在于：所述阴极室中阴极为Au、Ag、Zn、Ga电极中的任一种，或上述金属任意比例构成的的合金；阳极室中阳极为氧化铱涂层钛电极、IrO2·
Ta2O5涂层钛电极、玻碳电极、石墨电极中的任一种。4.根据权利要求1所述的电解二氧化碳、金属氯化物制备一氧化碳、次氯酸盐的装置，其特征在于：所述阴极室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基亚砜、N,N
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二甲基甲酰胺、碳酸丙烯酯...

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