一种电化学联产氯气和CO的方法技术

本发明专利技术公开了一种氯气和CO联产的电化学制备方法，本发明专利技术为氯气和CO联产提供了一种简洁、高效的方法，解决了现有生产技术电极材料制备复杂、成本高、易于堵塞管道等问题。易于堵塞管道等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电化学联产氯气和CO的方法


[0001]本专利技术属于有机电化学合成领域，具体涉及一种电化学联产工艺同时制备氯气和CO的方法。

技术介绍

[0002]氯气和CO都是重要的化工基础原料，广泛应用于各行业。氯气主要通过氯碱法电解制备得到，或者使用HCl为原料使用空气(氧气)氧化的方法制得。CO主要通过煤造气装置大量制取，但是副产大量CO2，是温室气体的主要来源之一.
[0003]《Advanced Energy Material》2021年第11卷2100075页报道了一种电解海水同时制备氯气和CO的方法，该方法需要使用酞菁钴作为其中的关键电极材料，该电极制备工艺复杂，其中酞菁钴和其它添加剂价格较高，导致总体电极成本很高，尚不具备大规模应用前景。
[0004]专利CN111575732报道了碳酸酯作为阴极液的实验方法，碳酸酯类物质稳定性较差，在阴极还原的氛围下较易被还原从而导致电解液变质，另外过程中生成的NaHCO3和Na2CO3容易堵塞管道。由于碳酸酯的电导率较低，导致反应过程中槽电压偏高，电耗较高。
[0005]因此可见，氯气联产制备CO还存在电极催化剂制备复杂，电极液稳定性差等问题，需要一种清洁安全、稳定的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种实现氯气和CO联产的方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种电化学联产工艺及电极的制备方法，包括如下步骤：
[0008]在阳极发生氯离子的氧化反应，生成氯气；在阴极发生CO2电化学还原反应，生成CO；阳极电解液为NaCl水溶液，阴极电解液是离子液体和水的混合物。
[0009]反应方程式如下：
[0010]Anode：2Cl
‑
→
Cl2+2e
‑
[0011]Cathode：3CO2+H2O+2Na
+
2e
‑
→
CO+2NaHCO3[0012]所述离子液体结构式如下所示，其中X＝BF4、PF6、CF3SO3(三氟甲磺酸)、(CF3SO2)2N(双三氟甲磺酰亚胺)、(FSO2)2N(双氟磺酰亚胺)中的一种。
[0013][0014]本专利技术中，所述NaCl水溶液的浓度为2wt％
‑
10wt％；
[0015]优选地，所述阴极电解液中离子液体加入量与水的质量比为1:1
‑
3:1。
[0016]本专利技术中，所述阴极是气体扩散电极，包括气体扩散层和催化层两部分。其中气体
扩散层选自碳纸、碳毡、聚四氟乙烯多孔薄膜中的一种。催化层包含主体金属和掺杂金属。所述主体金属选自银、金、锌中的一种；所述掺杂金属选自铂族金属中的一种，优选铑、钯和铂中的一种，掺杂元素相对于主体金属的质量比为0.1％
‑
5％。
[0017]所述气体扩散电极的制备方法包含以下步骤：
[0018]按质量比例将主体金属、掺杂金属、添加剂和Nafion水溶液加入到溶剂中，分散均匀后，通过喷壶将催化剂浆料均匀喷洒在气体扩散层上，多次喷洒控制催化层的厚度，完成后自然晾干，再放入烘箱中干燥，得到阴极材料。
[0019]所述溶剂选自异丙醇、乙醇、甲醇中的一种或多种，其用量为主体金属的10
‑
20wt％；
[0020]所述添加剂选自羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素；其用量为主体金属的1
‑
5wt％；
[0021]Nafion水溶液的浓度为1
‑
10wt％，其用量为主体金属的5
‑
10wt％；
[0022]所述催化剂层的厚度为30
‑
50微米；
[0023]所述干燥的温度为200～400℃，干燥的时间为12
‑
36h。
[0024]本专利技术中，所述阳极材料选自钛镀二氧化钌、钛镀氧化铱、石墨中的一种。
[0025]本专利技术中，所述电流密度为500
‑
3000A/m2，优选1000
‑
2000A/m2。所述还原反应温度范围是40
‑
60℃。
[0026]本专利技术所述的反应在电解槽中进行，电解槽可以是常规的隔膜电解槽，隔膜选自Nafion离子交换膜，除了电极外还可带有搅拌子、温度计等配件。
[0027]在一具体的实施方案中，阳极、阴极是长方形电极，阳极电极面积为1
‑
10cm2，阴极电极面积为1
‑
10cm2，两电极平行放置，阴、阳极间距为2
‑
10mm。
[0028]在一个具体的实施方式中，所述制备方法包含以下步骤：
[0029]向电解池阳极室加入NaCl水溶液，向阴极室加入离子液体(X＝BF4)和水，反应前向阴极液中通入CO
2 5
‑
60分钟，控制电流密度为1000A/m2，在40℃下电解10h。阳极产物氯气收率通过滴定测定，阴极产物CO通过气相色谱测定，主要的副产是氢气。
[0030]所述方法中阴极材料基材为聚四氟乙烯多孔纤维，催化层主体金属是银，含量为99wt％，掺杂金属铑含量1wt％；阳极材料为钛镀二氧化钌。
[0031]所述阳极、阴极均是长方形电极，阳极电极面积为10cm2，阴极电极面积为10cm2，两电极平行放置，阴、阳极间距为5mm。中间采用Nafion117离子交换膜将阳极室和阴极室分隔开。
[0032]本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0033](1)本专利技术采用了一种新型离子液体，与水溶解性好，作为混合溶剂使用可以溶解反应过程中生成的碳酸氢钠，避免了碳酸氢钠在电极表面沉淀，也避免了管道堵塞等问题；
[0034](2)本专利技术采用铂族金属掺杂的气体扩散电极，提高了CO的选择性，有效降低了电极材料的成本。
[0035]综上，本专利技术为氯气和CO联产提供了一种简洁、高效的方法，解决了现有生产技术电极材料制备复杂、成本高、易于堵塞管道等问题。
具体实施方式
[0036]下面结合实施例，对本专利技术予以进一步的说明，但本专利技术不限于所列出的实施例，还应包括在本专利技术申请所附权利要求书定义的技术方案的等效改进和变形。
[0037]实施例中原料及设备情况说明如下：
[0038]碳纸、碳毡、聚四氟乙烯多孔薄膜，购买厂家：上海仙仁科技公司。
[0039]离子液体购买厂家：默尼化工科技有限公司，纯度>99％。
[0040]阳极材料：西安泰金材料公司。
[0041]甲醇、乙醇、异丙醇、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素购买厂家：阿拉丁试剂。
[0042]5wt％Nafion水溶液、阳离子交换膜Nafion 115、Nafion117、Nafion1110购买厂家：杜邦中国集团有限公司。
[0043]金属粉体购本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学联产氯气和CO的方法，包括如下步骤：在阳极发生氯离子的氧化反应，生成氯气；在阴极发生CO2电化学还原反应，生成CO；阳极电解液为NaCl水溶液，阴极电解液是离子液体和水的混合物，所述离子液体结构式如下所示，其中X＝BF4、PF6、CF3SO3(三氟甲磺酸)、(CF3SO2)2N(双三氟甲磺酰亚胺)、(FSO2)2N(双氟磺酰亚胺)中的一种。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述NaCl水溶液的浓度为2wt％
‑
10wt％；所述阴极电解液中离子液体加入量与水的质量比为1:1
‑
3:1。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述阴极是气体扩散电极，包括气体扩散层和催化层两部分，其中气体扩散层选自碳纸、碳毡、聚四氟乙烯多孔薄膜中的一种，所述催化层包含主体金属和掺杂金属；所述主体金属选自银、金、锌中的一种；所述掺杂金属选自铂族金属中的一种，优选铑、钯和铂中的一种，掺杂元素相对于主体金属的质量比为0.1％
‑
5％。4.如权利要求3任一项所述的方法，其特征在于，所述气体扩散电极的制备方法包含以下步骤：按质量比例将主体金属、掺杂金属、添加剂和Nafion水溶液加入到溶剂中，分散均匀后，通过喷壶将催化剂浆料均匀喷洒在气体扩散层上，多次喷洒控制催化层的厚度，完成后自然晾干，再放入烘箱中干燥，得到阴极材料。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述溶剂选...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜旺明，闫维佳，张静，牟通，黎源，华卫琦，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：