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【技术领域】 [0001] 本实用新型设及一种将二氧化碳电还原为一氧化碳的多室隔膜电解装置，属于二 氧化碳资源化利用技术领域。 【背景技术】 [0002] 将二氧化碳转化为有用化学品，实现碳资源循环利用，是能源环境领域迫切需要 解决的现实问题。合成气是一种应用广泛的基础化工原料，其主要成份为一氧化碳和氨气。 目前，合成气主要由化石燃料进行生产，但是，化石燃料是不可再生的，而且在使用过程中 还要排放出大量的二氧化碳，导致溫室气体效应和全球气候变暖，因此，探索非化石燃料来 源合成气的生产方法，成为一项重要的研究课题。本项实用新型采用二氧化碳和水为原料 制备合成气，W可再生电能为电解电能，将二氧化碳、水电解还原为一氧化碳、氨气，然后将 获得的一氧化碳和氨气混合在一起，制得合成气，所得合成气用于生产甲醇、石蜡、聚氨醋 等下游化工产品。 [0003] W二氧化碳、水和可再生电能为基本要素制备合成气，需要解决的核屯、关键问题 是:将二氧化碳连续高效地电还原为一氧化碳。 【发明内容】 [0004] 为了将二氧化碳连续高效地电还原为一氧化碳，本实用新型提供了一种二氧化碳 电还原为一氧化碳的多室隔膜电解装置，如图1所示，本实用新型通过W下技术方案实现： 用全氣横酸离子交换膜将电解池分隔成多个电极室，构成阴极室和阳极室相间排布的多室 隔膜电解池，采用溶有大量二氧化碳的有机复合电解液为阴极电解液，含有支持电解质的 水溶液为阳极电解液，采用对电解二氧化碳制一氧化碳具有高选择性的电极材料为阴极， 惰性电极为阳极，共同构成多室隔膜电解池。电解反应过程中，水在阳极上发生氧化反应， 生成氨离子和氧气，氨离子经传质过程迁移到阴极室电解液中，参与二氧化碳电还原反应， 生成一氧化碳。由于二氧化碳电还原反应本身有水生成，水可W在阴极上发生电还原反应， 导致阴极上有氨气生成。 [0005] 所述有机复合电解液包含四种功能组份:有机溶剂、有机支持电解质、质子导电增 强剂和电催化剂。 [0006] 所述有机溶剂为碳酸丙締醋、N-甲基化咯烧酬、碳酸二乙醋中的一种或任意比例 组成的混合溶剂;所述有机支持电解质为季锭盐、氯化胆碱中的一种或两种任意比例组合 的混合电解质；所述质子导电增强剂为Ξ氣甲基乙醇、甲醇和苯酪中的一种或任意比例组 成的混合物;所述电催化剂为金属化嘟化合物、金属献菁化合物、Ξ幾基-2,4'-二联化晚金 属面化物、咪挫类离子液体中的一种或几种任意比例混合物。 [0007] 作为有机复合电解液中有机支持电解质的季锭盐，其化学结构式为： [000引 [0009] Ri、R2、R3、R4为。-Cs的碳氨链；χ-为CF3SO3-、Cl〇4-、（CF3SO2)2r、CF3C00-、出P〇4-、 HC〇3-、Cr、HS〇4-、Br-; [0010] 作为有机复合电解液中有机支持电解质的氯化胆碱，其化学结构式为： [0011] [0012] 作为有机复合电解液中电催化剂的金属化嘟化合物，其化学结构式为： [0013] [0014] Μ功铁或钻元素，虹、1?2、1?3、1?4为氨原子或(：1-〔5的碳氨链，或苯取代基； [0015] 作为有机复合电解液中电催化剂的金属献菁化合物，其化学结构式为： [0016] [0017] Μ劝铁、儘或铜元素； [0018] 作为有机复合电解液中电催化剂的Ξ幾基-2,4'-二联化晚金属面化物，其化学结 构式为： [0019] [0020] M3为儘或鍊元素，X为Cl、化或I，化、R2为氨原子或&-Cs的碳氨链； [0021] 作为有机复合电解液中电催化剂的咪挫类离子液体，其化学结构式为： [0022] [0023] Ri、R2为Ci-Cs的碳氨链;M、N为连接到碳氨链上的氨原子或官能团，官能团为：一 CN、一畑2或一0H; χ-为（CF3SO2) 2N-、CF3C0 矿、CF3SO3-、肥 03-、HS04-、出 P〇4-、Br-、Cr。 [0024] 所述阳极电解液中的支持电解质为碳酸氨钟、碳酸氨钢、憐酸二氨钟、憐酸二氨 钢、憐酸氨钟、憐酸氨钢、硫酸钟、硫酸钢或硫酸中的一种或几种任意比例混合物。 [0025] 所述阳极为氧化银涂层铁阳极、Ir〇2 ·化2化涂层铁阳极、玻碳电极或石墨电极。 [00%]所述阴极为化、Au、Ag、化电极中的任一种，或上述金属的合金。 [0027]将二氧化碳电还原为一氧化碳的多室隔膜电解方法，其具体实施步骤如下： [00%]步骤一，将有机支持电解质溶入有机溶剂中，得到0.1~3.Omol/L的有机电解液， 在有机电解液中按照所需浓度0.1~〇.4mol/L加入质子导电增强剂，再按照所需浓度为 0.01~0.2mol/L加入电催化剂，得到有机复合电解液，将二氧化碳溶于有机复合电解液中， 使浓度达0.09~0.21mol/L，所得溶液被注入隔膜电解池阴极室中，将支持电解质浓度为 0.1~2mol/L的水溶液注入隔膜电解池阳极室中； [0029] 步骤二，接通电解电源，控制电解电压为3.6~4.3V，在常溫常压条件下，进行电解 反应，运时水在阳极上发生电氧化反应，生成氨离子和氧气，生成的氨离子经全氣横酸离子 交换膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，生成一氧化碳。由于二氧化碳电还原反应本 身有水生成，导致阴极电解液中含有一定量的水，水在阴极上发生电还原反应，生成氨气， 因此，阴极上副产氨气。将阴极气相反应产物收集在储气罐中，用于生产下游产品。为了使 二氧化碳电还原反应能够连续稳定地进行，本项实用新型采用了阴极电解液循环技术:将 二氧化碳通入气体吸收塔中，用有机复合电解液溶解吸收二氧化碳，当二氧化碳浓度达到 或接近饱和时，将运种溶有大量二氧化碳的有机复合电解液注入多室隔膜电解池阴极室的 底部，与此同时，处于多室隔膜电解池阴极室上部的有机复合电解液自动地从阴极室中流 出，运种含有较低浓度二氧化碳的有机复合电解液被再次引入气体吸收塔中，用于溶解吸 收二氧化碳，所得含有饱和或接近饱和二氧化碳浓度的有机复合电解液，被再次注入多室 隔膜电解池阴极室底部，由此形成阴极电解液循环。控制有机复合电解液流入、流出多室隔 膜电解池阴极室的速度，使二氧化碳电还原反应能够连续稳定地进行。 [0030] -种将二氧化碳电还原为一氧化碳的多室隔膜电解装置： [0031] 装置包括气体吸收塔1、阴极2、阳极3、储气罐4、全氣横酸离子交换膜5、电解池和 阴极电解液循环装置，电解池通过全氣横酸离子交换膜5分隔成多个电极室，构成阴极室和 阳极室相间排布的多室隔膜电解池，阴极室和阳极室的底部分别设有阴极2和阳极3,阳极 室顶部设有水的入口，气体吸收塔1中流出的溶有大量二氧化碳的有机复合电解液通过阴 极电解液循环装置的管道流入到阴极室的底部，阴极室上部的溶有较低浓度二氧化碳的有 机复合电解液通过阴极电解液循环装置返回到气体吸收塔1的顶部，气体吸收塔1的侧面设 有二氧化碳入口，阴极室的顶部通过管道与储气罐4连接。 [0032] 与现有技术相比，本实用新型具有W下技术优势： [0033] (1)本项实用新型提出的多室隔膜电解装置，二氧化碳电还原反应可W在有机复 合电解液中进行，同时，水的电氧化反应可W在水溶液中进行。由于二氧化碳是非极性分 子，在有机复合电解液中具有良好的溶解性，因此，在有机复合电解液中电还原二氧化碳， 可W提高二氧化碳电还原反应的电流密度； [0034] (2)本项实用新型提出的多室隔膜电解装置，其阴极室电解液为有机复合电解液， 运种电解液包含四种功能组份:有机溶剂、有机支持电解质、质子导电增强剂和电催化剂。 本项实用新型所采用的有机溶剂具有很强的溶解二氧化碳能力，所采用的支持电解质具有 很高的电化学稳定性，所采用的质子导电增强剂能够促进氨离子在有机电解液和离子交换 膜中的迁移 |
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