一种强化电催化CO2传质过程的反应装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种强化电催化CO2传质过程的反应装置、系统及方法，在原有的H型电解槽的基础上，改进设计出H型电解槽高压反应器，适用于在高压下的反应条件，通过高压解决了CO2在电解质中溶解度不高的问题，提升了溶解度。本发明专利技术利用电极表面的疏水改性处理，构建了电解液CO2在

【技术实现步骤摘要】
一种强化电催化CO2传质过程的反应装置、系统及方法


[0001]本专利技术属于电还原转化
，具体涉及到一种强化电催化CO2传质过程的反应装置、系统及方法。

技术介绍

[0002]电催化CO2还原不仅可以将温室气体CO2制备成高附加值化工产品及碳氢燃料等，降低传统化石能源的使用、也能够将大气中的CO2资源化利用，因而被认为是我国“双碳目标”达成的重要技术途径之一。
[0003]目前，CO2转化仍然面临转化速率低、选择性差等瓶颈难题，其主要原因就是反应物CO2的传质受限问题。
[0004]为了解决相应的CO2的传质问题，学者们研究了相应的流动电解槽以及相应的气体扩散电极，借此来改善电催化CO2还原过程中的传质问题，气体扩散电极的一侧附着催化剂，与电解液接触，而另一侧则与反应物气体CO2接触，CO2分子通过碳纸纤维的孔扩散到催化剂层，发生CO2还原反应，生成产物。流动电解槽中，气体分子CO2通过分子扩散从碳纸纤维扩散到催化剂，参与反应，这就大大减小了扩散层的厚度以及扩散阻力，CO2的传输距离的降低，较好的改善了反应物CO2的传质，使得电流密度增大了一个数量级。但由于气体扩散电极的结构，在碱性流动电解槽内气体扩散电极的稳定性较差，容易出现水淹现象，导致析氢反应(HER)的加剧从而影响CO2RR的性能。

技术实现思路

[0005]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0006]鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本专利技术。
[0007]因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种强化电催化CO2传质过程的反应装置。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，
[0009]阴极组件100，包括有阴极壳体101、一体注塑成型于阴极壳体外的阴极电解液腔室102和设于所述阴极壳体外的工作电极103；以及，
[0010]阳极组件200，包括有可与所述阴极壳体101可拆卸连接的阳极壳体201、设于所述阳极壳体201外的阳极电解液腔室M和设于所述阳极壳体201外的对电极202以及参比电极203；以及，
[0011]质子交换膜300，所述阴极组件100与所述阳极组件200之间由所述质子交换膜300隔离；
[0012]其中，所述阴极组件100与所述阳极组件200彼此面对。
[0013]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的反应装置的一种优选方案，其中：所述
阴极电解液腔室102顶部设有工作电极插口102a，且工作电极插口103a与工作电极103连接。
[0014]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的反应装置的一种优选方案，其中：所述阳极电解液腔室M顶部分别设有对电极插口202a以及参比电极插口203a，电极插口202a与对电极202连接，参比电极插口203a与参比电极203连接。
[0015]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的反应装置的一种优选方案，其中：所述阴极电解液腔室101侧面设置有气液入口101a，所述阳极电解液腔室侧面分别设置有气液入口201a以及气液出口201b。
[0016]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的反应装置的一种优选方案，其中：所述阴极组件100与所述阳极组件200两边设置有不锈钢板401以及不锈钢板402。
[0017]本专利技术的再一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种强化电催化CO2传质过程的反应系统。
[0018]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，反应装置；以及，
[0019]电化学工作站500，与反应装置通过工作电极102、对电极202以及参比电极203相连接，用于提供反应装置所需的工作电压；
[0020]数据记录模块600，包括，数据处理器，与反应装置气液入口101a、气液入口201a通过管道相连通，在管道内部设置有温度传感器以及压力传感器，用于接收反应装置的温度数据以及压力数据；
[0021]真空箱700，与反应装置的连通管道上设置有阀门701，用于提供反应装置所需的压力。
[0022]本专利技术的另一目的是，克服现有技术中的不足，提供一种强化电催化CO2传质过程的方法。
[0023]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：包括，强化电催化CO2传质过程的装置及系统，还包括，
[0024]对反应装置进行超声清洗，并检查确认反应装置气密性；
[0025]通过气液入口101a以及气液入口201a向电解液腔室加入预处理后的电解液，至腔室体积的2/3处；
[0026]将真空箱700抽至真空，打开阀门701排出反应装置中的气体；
[0027]通过气液入口气液入口101a以及气液入口201a向电解液腔室注入高纯度的CO2的高压气体，升高反应装置内的压力，静置后得到饱和的CO2的电解质溶液，此时反应装置中的压力为5～10atm，保持相对的稳定，不再变化；
[0028]打开电化学工作站500，调整工作电压为
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0.5～
‑
1.3V，进行反应电催化CO2还原反应；
[0029]反应结束，将真空箱700抽至真空，打开阀门701，排出反应装置的气体；
[0030]排气完成后向真空箱700内冲入高纯度Ar，抽出气体产物、电解液，拆下反应电极，进行表征测试。
[0031]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的方法的一种优选方案，其中：所述反应装置中的工作电极103为改性疏水Ag电极，由商业银粉、无水乙醇、离子聚合物配置的催化剂油墨与5％的PTFE乳液复配得到，其中，所述催化剂油墨与PTFE的质量比为3～10:1。
[0032]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的方法的一种优选方案，其中：所述预处理的电解液为0.1M的KHCO3溶液通入高纯的CO2进行排气处理。
[0033]作为本专利技术所述强化电催化CO2传质过程的方法的一种优选方案，其中：所述方法相较于传统的常压亲水电极电催化CO2还原方法的法拉第效率提高30％以上。
[0034]本专利技术有益效果：
[0035](1)本专利技术在原有的H型电解槽的基础上，改进设计出H型电解槽高压反应器，适用于在高压下的反应条件，通过高压解决了CO2在电解质中溶解度不高的问题，提升了溶解度。
[0036](2)本专利技术利用电极表面的疏水改性处理，构建了电解液
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CO2在
‑
催化剂的三相界面，降低了CO2的传质阻力，从而进一步解决了CO2在在电极表面传质受限的问题。
[0037](3)本专利技术将高压与电极疏水处理的改进方式相结合，从而更进一步的提升了CO2在的催化性能，解决了性能问题，与现有技术相比，本专利技术提出强换传质过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化电催化CO2传质过程的反应装置，其特征在于：包括，阴极组件(100)，包括有阴极壳体(101)、一体注塑成型于阴极壳体(101)外的阴极电解液腔室(102)和设于所述阴极壳体(101)外的工作电极(103)；以及，阳极组件(200)，包括有可与所述阴极壳体(101)可拆卸连接的阳极壳体(201)、设于所述阳极壳体(201)外的阳极电解液腔室(M)和设于所述阳极壳体(201)外的对电极(202)以及参比电极(203)；以及，质子交换膜(300)，所述阴极组件(100)与所述阳极组件(200)之间由所述质子交换膜(300)隔离；其中，所述阴极组件(100)与所述阳极组件(200)彼此面对。2.如权利要求1所述的强化电催化CO2传质过程的反应装置，其特征在于：所述阴极电解液腔室(102)顶部设有工作电极插口(102a)，且工作电极插口(103a)与工作电极(103)连接。3.如权利要求1所述的强化电催化CO2传质过程的反应装置，其特征在于：所述阳极电解液腔室(M)顶部分别设有对电极插口(202a)以及参比电极插口(203a)，电极插口(202a)与对电极(202)连接，参比电极插口(203a)与参比电极(203)连接。4.如权利要求1或2所述的强化电催化CO2传质过程的反应装置，其特征在于：所述阴极电解液腔室(101)侧面设置有气液入口(101a)，所述阳极电解液腔室侧面分别设置有气液入口(201a)以及气液出口(201b)。5.如权利要求1或3所述的强化电催化CO2传质过程的反应装置，其特征在于：所述阴极组件(100)与所述阳极组件(200)两边设置有不锈钢板(401)以及不锈钢板(402)。6.一种强化电催化CO2传质过程的系统，其特征在于：包括如权利要求1～5任一所述的强化电催化CO2传质过程的反应装置；以及，电化学工作站(500)，与反应装置通过工作电极(102)、对电极(202)以及参比电极(203)相连接，用于提供反应装置所需的工作电压；数据记录模...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，孙晓松，冯浩，张莹，李强，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：