【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于含二氧化碳工业废气资源化利用，尤其涉及一种等离子体-电催化串联分级系统及应用。
技术介绍
1、电催化二氧化碳还原技术具有常温常压、反应迅速、操作简单、可利用(过剩的)可再生能源等优点，在以高浓度二氧化碳为气源制备简单化学品的路线上(如一氧化碳、甲酸)已经有一些初步应用实例。近年来，研究者开发了一系列适用于还原二氧化碳制备高附加值化学品(如甲烷、乙烯、乙醇等)的电催化剂，在提高催化剂的选择性和活性等问题上取得了重要突破。然而，在实际应用过程中，虽然工业废气经过脱硫、脱硝等处理后，主要成分是氮气和二氧化碳，但仍含有一定量的氧气、氮氧化物、挥发性有机物等，这些杂质组分是影响催化性能的重要因素，也是目前该技术在工业应用上面临的主要问题之一。目前，几乎所有研究都限于纯二氧化碳为气源，实验环境相对理想，因此研究实际工况条件下的杂质组分对催化性能的影响机制，基于此改进优化催化剂的整体性能，以实现系统工艺优化和效率提高，是该技术实现工业化应用的前提和关键。
技术实现思路
1、基于上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：包括依次连接的等离子体发生模块、液体吸收模块、气液转运模块、电催化反应模块一和电催化反应模块二，其中，
2、(1)等离子体发生模块，用于将经过脱硫脱硝达到排放标准的含二氧化碳的工业废气进行前处理，得到含氮类物质、一氧化碳、二氧化碳和剩余未反应的工业废气，所述含氮类物质为硝酸、亚硝酸、一氧化氮、二氧化氮中的一种或
3、(2)液体吸收模块，将等离子体发生模块处理后得到的含氮类物质用溶液喷淋吸收得到含硝酸根或亚硝酸根的电解液，不反应的一氧化碳、二氧化碳和剩余未反应的工业废气通过液体吸收模块后进入到下一模块；
4、(3)气液转运模块，将液体吸收模块中的气体和液体转运至电催化反应模块一中；
5、(4)电催化反应模块一，将液体吸收模块处理后得到的硝酸根或亚硝酸根分别与二氧化碳或一氧化碳进行电催化碳-氮耦合反应，未反应完全的二氧化碳或一氧化碳气体排出，进入到电催化反应模块二中；
6、(5)电催化反应模块二，所述电催化反应模块一中未反应完的二氧化碳进行碳-碳偶联反应，所述电催化反应模块一中未反应完的一氧化碳进行碳-碳偶联反应。
7、优选地，所述等离子体发生模块包括等离子体电源、反应器和进出气控制系统，所述等离子体电源包括高压直流电源或交流电源，所述反应器包括但不限于单电极结构，所述进出气控制系统与液体吸收模块相连。在整个系统中，等离子发生模块用于工业废气的前处理，主要将其中的氮气、氮氧化物、挥发性有机物等进行高压放电，打断化学键，并且在氧气存在的氛围下得到含氮类物质、二氧化碳和一氧化碳，用于后续电催化碳-氮以及碳-碳偶联反应。
8、优选地，所述液体吸收模块采用电解液喷淋吸收装置，所述电解液为碳酸氢盐溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的一种，所述电解液喷淋吸收装置与气液转运模块相连接。
9、优选地，所述气液转运模块的输送设备采用气液混流泵或蠕动泵。
10、优选地，所述电催化反应模块一包括阴极一、阳极一、隔膜一、电解液一和电源一，所述阴极表面发生硝酸根或者亚硝酸根和二氧化碳或一氧化碳的碳-氮偶联反应，未反应完全的二氧化碳或一氧化碳进入到电催化反应模块二中。
11、优选地，所述电催化反应模块二包括阴极二、阳极二、隔膜二、电解液二和电源二，所述阴极表面发生二氧化碳的碳-碳偶联反应或一氧化碳的碳-碳偶联反应。
12、优选地，所述电源一为电化学工作站或直流电源，所述电源二为电化学工作站或直流电源。
13、优选地，一种用于等离子体-电催化串联分级系统的应用，所述等离子体-电催化串联分级系统简化了传统含二氧化碳工业废气处理需要捕集、解吸和分离的步骤，所述等离子体-电催化串联分级系统应用于含二氧化碳工业废气的直接转化利用领域。
14、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
15、第一，本专利技术将等离子体-电催化反应单元进行串联分级，可以将经过脱硫脱硝的含二氧化碳工业废气直接通入到离子体-电催化串联分级系统中反应，该过程不需要额外将工业废气中的二氧化碳与氮气、氧气和挥发性有机物等其他组分进行分离，省去了二氧化碳捕集、解吸以及分离等高能耗步骤，大大节省了经济成本。更重要的是，该技术可在不同电解槽中分别得到高价值的碳-氮与碳-碳偶联产物，为该技术将来的工业化应用提供了重要技术支撑。
16、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本专利技术所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
17、本专利技术提供的等离子体-电催化串联分级系统，可直接将经过脱硫脱硝的含二氧化碳工业废气进行转化高值化利用，避免了传统二氧化碳催化转化利用过程中需要二氧化碳捕集、解吸以及分离等高能耗步骤，并且该过程可以在不同反应器中生成碳-氮和碳-碳偶联高值产物，进一步提高了该技术的经济性。
18、第三，本专利技术通过在前端引入等离子技术，可以将工业废气中的二氧化碳、氮气、氧气、挥发性有机物等同时分解，主要得到含碳和含氮物种，并用于下一级中电催化反应单元，避免了传统研究认为工业废气中二氧化碳资源的利用需要首先进行二氧化碳捕集的技术偏见。
19、本专利技术的技术方案基于等离子体-电催化反应单元的串联分级系统，可将经过脱硫脱硝的含二氧化碳工业废气直接进行高值化利用，属于填补工业废气中碳氮资源协同高值利用的技术空白。本技术专利技术可为工业废气的碳、氮资源协同利用提供重要技术支撑，具有广阔的应用前景。
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1.一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：包括依次连接的等离子体发生模块、液体吸收模块、气液转运模块、电催化反应模块一和电催化反应模块二，其中，
2.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述等离子体发生模块包括等离子体电源、反应器和进出气控制系统，所述等离子体电源包括高压直流电源或交流电源，所述反应器包括但不限于单电极结构，所述进出气控制系统与液体吸收模块相连。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述液体吸收模块采用电解液喷淋吸收装置，所述电解液为碳酸氢盐溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的一种，所述电解液喷淋吸收装置与气液转运模块相连接。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述气液转运模块的输送设备采用气液混流泵或蠕动泵。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述电催化反应模块一包括阴极一、阳极一、隔膜一、电解液一和电源一，所述阴极表面发生硝酸根或者亚硝酸根和二氧化碳或一氧化碳的碳-氮偶联
6.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述电催化反应模块二包括阴极二、阳极二、隔膜二、电解液二和电源二，所述阴极表面发生二氧化碳的碳-碳偶联反应或一氧化碳的碳-碳偶联反应。
7.根据权利要求5或6所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述电源一为电化学工作站或直流电源，所述电源二为电化学工作站或直流电源。
8.一种用于实施权利要求1～6任意一项所述的等离子体-电催化串联分级系统的应用，所述等离子体-电催化串联分级系统简化了传统含二氧化碳工业废气处理需要捕集、解吸和分离的步骤，所述等离子体-电催化串联分级系统应用于含二氧化碳工业废气的直接转化利用领域。
...【技术特征摘要】
1.一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：包括依次连接的等离子体发生模块、液体吸收模块、气液转运模块、电催化反应模块一和电催化反应模块二，其中，
2.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述等离子体发生模块包括等离子体电源、反应器和进出气控制系统，所述等离子体电源包括高压直流电源或交流电源，所述反应器包括但不限于单电极结构，所述进出气控制系统与液体吸收模块相连。
3.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述液体吸收模块采用电解液喷淋吸收装置，所述电解液为碳酸氢盐溶液、氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液中的一种，所述电解液喷淋吸收装置与气液转运模块相连接。
4.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统，其特征在于：所述气液转运模块的输送设备采用气液混流泵或蠕动泵。
5.根据权利要求1所述的一种等离子体-电催化串联分级系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓邦为，朱晨远，黄旭，李怡招，盛剑平，孙艳娟，董帆，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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