电化学系统中的ＣＯ２利用技术方案

利用在阴极隔室中的二氧化碳除去质子和／或制造包含氢氧根和碳酸根／碳酸氢根离子的碱溶液的低电压、低能量电化学系统和方法，该阴极隔室被分隔成第一阴极电解质隔室和第二阴极电解质隔室以便可实现这些阴极电解质隔室之间的液体流动，但其中限制阴极电解质隔室之间的气体交流。在一个阴极电解质隔室中的二氧化碳气体与两个隔室中都存在的阴极电解质一起使用以借助在电极之间施加的小于３Ｖ的电压生产碱溶液。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学系统中的CO2利用交叉引用本申请要求2008年7月16日提交的名称为“Low Energy pH Modulation for Carbon Sequestration Using Hydrogen Absorptive Metal Catalysts (使用氧吸收性 金属催化剂的碳封存的低能量PH调节)”的共同转让和共同待审的美国临时专利申请 no. 61/081，299，代理人案号no. CLRA-010PRV的优先权，其全文经此引用并入本文。本申请要求2008年8月25日提交的名称为“Low Energy Absorption of Hydrogen Ion from an Electrolyte Solution into a Solid Material (氛离子从 电解质溶液低能量吸收到固体材料中)”的共同转让和共同待审的美国临时专利申请 no. 61/091，729，代理人案号no. CLRA-013PRV的优先权，其全文经此引用并入本文。本申请要求2009年7月1日提交的名称为“C02 Utilization In Electrochemical Systems (电化学系统中的CO2利用)，，的共同转让和共同待审的美国临 时专利申请no. 61/222，456，代理人案号no. CLRA-037PRV的优先权，其全文经此引用并入 本文。本申请是2009年6月25 日提交的名称为“Low Energy 4-Cell Electrochemical System with Carbon Dioxide Gas (使用二氧化碳气体的低能量4_电池电化学系统)”的 共同转让的PCT专利申请no. PCT/US09/48511的部分继续申请案并要求其优先权，其全文 经此引用并入本文。
技术介绍
在许多工业过程中，利用碱溶液中的大量氢氧离子实现所需反应，例如中和酸，或 缓冲溶液的PH值，或从溶液中沉淀不可溶的氢氧化物和/或碳酸盐和/或碳酸氢盐。氢氧 离子的一种制造方法是通过如全文经此引用并入本文的上述专利申请中公开的电化学系 统。在电化学制造氢氧离子时，使用大量电能；因此，非常需要使所用电能最小化。专利技术概述本专利技术涉及在将二氧化碳气体溶解在阴极电解质中的同时在阴极电解质中除去 质子和/或制造氢氧离子的低电压、低能量电化学系统和方法。在该系统中，在各种实施方 案中，将阴极电解质分隔成第一阴极电解质隔室和第二阴极电解质隔室以使这两个阴极电 解质隔室中的阴极电解质相互接触。但是，由于限制这两个阴极电解质隔室之间的气流，防 止向第一阴极电解质隔室提供的二氧化碳气体接触第二阴极电解质隔室中的阴极电解质。在该系统中，阴极接触第二阴极电解质隔室中的阴极电解质且阴极电解质和阳极 电解质都由水溶液构成。在该系统中，通过使二氧化碳吸收在阴极电解质中以形成碳酸根 和碳酸氢根离子以及影响该阴极电解质的PH，借助阳极和阴极之间相对较低的电压，例如 3V或更低，如2V或更低，或IV或更低的电压，在该阴极电解质中产生氢氧离子。在该系统中，阴极电解质中的水在阴极处被还原成氢气和氢氧离子。在阳极处，由 外部来源向阳极提供的氢气被氧化成氢离子。在一些实施方案中，将阴极处产生的氢气导 向阳极以便氧化成氢离子。在该系统中，在阳极和阴极之间施加低电压时，在阳极处不产生 气体，例如氧气或氯气。在该系统中，阳极处产生的氢离子迁移到阳极电解质中以在该阳极电解质中形成酸溶液；在该系统中，阴极处产生的氢氧离子迁移到阴极电解质中以在该阴 极电解质中产生碱溶液。在该系统中，向第一阴极电解质隔室中的阴极电解质提供的二氧化碳气体溶解产 生碳酸。根据该阴极电解质的PH，该阴极电解质中的碳酸离解成碳酸根离子和碳酸氢根离 子。因此，在该系统中，由于第一隔室中的阴极电解质可以与第二阴极电解质隔室中的阴 极电解质混合，这两个阴极电解质隔室中的阴极电解质混合会产生包含碳酸、氢氧离子和/ 或碳酸根离子和/或碳酸氢根离子的阴极电解质。在该系统中，阴极和阳极之间的电压取决于若干因素，包括阳极电解质和阴极电 解质之间的PH值差以及阴极和阳极之间的欧姆电阻。因此，在各种实施方案中，通过控制 阴极电解质和阳极电解质之间的PH差，例如通过将或多或少的二氧化碳溶解在阴极电解 质中，该系统会在使阳极和阴极之间的电压最小化，由此使电能用量最小化的同时在阴极 电解质中产生氢氧离子和/或碳酸根离子和/或碳酸氢根离子。在一个实施方案中，本专利技术提供包含被隔板分隔成第一阴极电解质隔室和第二阴 极电解质隔室的阴极隔室的系统，其中，第二阴极电解质隔室中的阴极电解质与阴极接触， 且阳极隔室中的阳极电解质与阳极接触。在另一实施方案中，本专利技术提供包括将气体导入第一阴极电解质隔室中的阴极电 解质；和在接触与第一阴极电解质隔室隔开的第二阴极电解质隔室中的阴极电解质的阴极 和接触阳极电解质的阳极之间施加电压的方法。在各种实施方案中，通过将阴极电解质分隔成第一和第二阴极电解质隔室和通过 将二氧化碳气体限制到第一阴极电解质隔室中，限制二氧化碳气体与阴极和/或与阳极和 /或与该系统中的其它电解质之间的接触。因此，有利地，在该系统中，可以利用来自各种来 源的二氧化碳气体，包括来自工业废气，例如来自在发电厂中燃烧化石燃料和来自水泥厂 的二氧化碳。此外，通过将二氧化碳气体限制到第一阴极电解质隔室中，避免二氧化碳气体 与该系统中的其它气体的混合，例如二氧化碳与阴极处生成的氢气的混合或二氧化碳与向 阳极供应的氢气的混合。附图简述下列附图举例而非限制性阐述本系统和方法的实施方案。附图说明图1是本系统的一个实施方案的图示。图2是本系统的一个实施方案的图示。图3是本系统的一个实施方案的图示。图4是阳极和阴极之间的电压vs.通过将CO2添加到阴极电解质中而实现的该阴 极电解质的PH值的图示。图5是本方法的一个实施方案的流程图。专利技术详述在下列详述中，除非另行指明，所有技术和科技术语具有与本专利技术所属领域的普 通技术人员的通常理解相同的含义。在本文中，所有引用的公开文献和专利全文经此引用 并入本文。在本文中，引述的公开日可能不同于实际公开日；因此，应该逐一确认实际公开 日。在本文中，除非文中明确地另行指明，单数形式“a”、“an”和“the”包括复数对象。在本文中，公开了示例性系统和方法，其中在阳极电解质和阴极电解质之间的一个隔室中使用氯化钠溶液在阴极电解质中制造氢氧化钠和/或碳酸钠离子和/或碳酸氢钠 和在阳极电解质中制造盐酸。但是，本领域普通技术人员会认识到，由于该系统和方法能够 使用同等盐溶液，例如硫酸钾水溶液等产生同等结果，该系统和方法不限于如这些示例性 实施方案中公开的那样使用氯化钠溶液。类似地，在该系统用的电解质的制备中，要认识 到，可以使用来自各种来源的水，包括海水、微咸水、盐水或天然存在的淡水，只要将该水提 纯至可用于该系统的程度。因此，就这类同等物具体体现本系统和方法而言，这些同等物在 所附权利要求的范围内。如全文经此引用并入本文的2008年7月16日提交的名称为“Low Energy pH Modulation for Carbon Sequestration Using HydrogenAbsorptiv本文档来自技高网...

【技术保护点】
电化学系统，其包含：被隔板分隔成第一阴极电解质隔室和第二阴极电解质隔室的阴极隔室，其中第二阴极电解质隔室中的阴极电解质与阴极接触；且阳极隔室中的阳极电解质与阳极接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-7-16 61/081299;US 2008-8-25 61/091729;US 2电化学系统，其包含被隔板分隔成第一阴极电解质隔室和第二阴极电解质隔室的阴极隔室，其中第二阴极电解质隔室中的阴极电解质与阴极接触；且阳极隔室中的阳极电解质与阳极接触。2.权利要求1的系统，其中第一阴极电解质隔室中的阴极电解质接触第二阴极电解质 隔室中的阴极电解质。3.权利要求2的系统，其中第一阴极电解质隔室中的阴极电解质包含气体。4.权利要求3的系统，其中该气体包含二氧化碳。5.权利要求4的系统，其中使该气体吸收到该阴极电解质中。6.权利要求4的系统，其中将该二氧化碳气体与第二阴极电解质隔室中的阴极电解质 隔罔。7.权利要求5的系统，其中第一阴极电解质隔室中的阴极电解质包含氢氧离子、碳酸、 碳酸根离子和/或碳酸氢根离子。8.权利要求1的系统，其中第二阴极电解质隔室中的阴极电解质包含溶解的二氧化碳。9.权利要求7的系统，其中第二阴极电解质隔室中的阴极电解质包含氢氧离子、碳酸、 碳酸根离子和/或碳酸氢根离子。10.权利要求4的系统，其中该系统被构造成借助在阳极和阴极之间施加的低于2V的 电压在第二阴极电解质隔室中产生氢氧离子。11.权利要求10的系统，其中该系统被构造成在阴极处产生氢气。12.权利要求11的系统，其中该系统在阳极处不产生气体。13.权利要求12的系统，其中该系统被构造成使氢氧离子从第二阴极电解质隔室迁移 到第一阴极电解质隔室中。14.权利要求12的系统，进一步包含被构造成将阴极处产生的氢气导向阳极的氢气输 送系统。15.权利要求1的系统，其中该第一阴极电解质隔室有效地连接到工业废气系统。16.权利要求15的系统，其中该工业废气系统包含二氧化碳。17.权利要求16的系统，其中该二氧化碳来自化石燃料的燃烧。18.权利要求13的系统，其中该阴极隔室有效地连接到废气处理系统。19.权利要求18的系统，其中该废气系统包含二氧化碳。20.权利要求1的系统，其中该阴极隔室有效地连接到氢氧化物、碳酸盐和/或碳酸氢 盐沉淀系统。21.权利要求20的系统，其中该沉淀系统构造成利用该阴极电解质制造氢氧化物、碳 酸盐和/或二价阳离子碳酸氢盐。22.权利要求4的系统，其中该阳极和阴极有效地连接到非高峰电力供应系统。23.权利要求4的系统，进一步包含在阳极隔室和阴极隔室之间的离子交换膜。24.权利要求23的系统，其中该离子交换膜包括将第二阴极电解质隔室中的阴极电解 质与第三电解质隔开的阳离子交换膜。25.权利要求23的系统，其中该离子交换膜包括将阳极电解质与第三电解质隔开的阴2离子交换膜。26.权利要求25的系统，其中该第三电解质包含钠离子和氯离子。27.权利要求26的系统，其中该系统被构造成使钠离子从第三电解质穿过阳离子交换 膜迁移到阴极电解质中和使氯离子从第三电解质穿过阴离子交换膜迁移到阳极电解质中。28.权利要求26的系统，其中该系统被构造成在阴极电解质中...

【专利技术属性】
技术研发人员：R吉利亚姆，TA阿尔布雷希特，N贾拉尼，NA克诺特，V德克，M科斯托斯基，B博格斯，A戈里尔，K法萨，
申请(专利权)人：卡勒拉公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]