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[专利] 发明专利 CN201611055264.2
东南大学 2017-04-05
摘要:本发明公开了一种用于二氧化碳捕集和提纯的装置及方法,该装置包括一个电解槽、一个补水器和空气压缩机;所述电解槽包括阴极部分、阳极部分、CO2捕集室、CO2释放室和隔板;其中,所述CO2捕集室与CO2释放室之间用隔板隔开,CO2捕集室位于阴极部分与隔板之间,CO2释放室阳极部分与隔板之间;所述电解槽内有电解液;所述空气压缩机与CO2捕集室的下方连接,所述补水器与电解槽连通,其内装有纯水,用于保证电解槽内电解液一直处于充满状态。本发明创造分别利用电解水装置中阴、阳极区pH的差异来捕集和释放空气中的CO2,以解决在偏僻地区获得CO2的问题,也可以用于密闭狭小空间中CO2的去除。
[专利] 发明专利 CN201610029438.1
东南大学 2016-06-01
摘要:本发明公开了一种用于二氧化碳分离和提纯的装置,包括可强制流动的电解水系统、二氧化碳吸收装置以及气液分离收集系统;其中,电解水系统包括阴极室、阳极室和用于推动电解液流动的泵,气液分离收集系统包括与阳极室连接的氧气分离收集器、与阴极室连接的氢气分离收集器以及二氧化碳分离收集器;使用时,阴极室产生的碱性电解液在泵的推动下进入二氧化碳吸收装置,吸收来自空气或其它混合气体中的二氧化碳,然后与来自阳极室产生的酸性电解液在二氧化碳分离收集器内发生中和反应,释放出二氧化碳。该装置从空气中分离二氧化碳,过程仅消耗水和电能;产生的氢气和氧气被自然分离,用于产生氢能;本发明可用于地球表面上任何位置的二氧化碳获取。
[硕士论文] 赵肖媛
化学工程与技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在电化学领域,诸如电解精炼铜、电解水制氢等许多电解过程存在传质困难以及气体产物覆盖电极活性位引起电极有效面积减小的问题,它们使电解过程的能耗增加,因此传质的强化研究在电化学工业上具有重要意义。本论文研究了自行设计制造的仿生电化学池(即由多个部件构成,其中每个部件完成一项功能并按反应顺序串联起来完成电化学反应的装置)在电解精炼铜和电解水中的应用,达到强化传质,提升电解效率,降低能耗的目的。并且在此基础上研究泡沫镍基复合物电极,以期提升其电解水性能。
  我们利用自行设计制造的仿生电化学池来电解精炼铜,并通过电解液的强制对流来加强电解液中离子的传质过程。实验发现,电解液的流动可以促进电解精炼铜过程,并且当电解液流动方向和SO42-的运动方向相同(即从阴极向阳极方向)时效果更好。例如,在50A·m-2恒定电流密度下,槽电压和电耗随着循环速度的增大而减小,电流效率随着循环速度的增大逐渐增大,最后趋于稳定;当电解液的流动速度为600mL·h-1(大约相当于电解槽内运动速度0.056cm·s-1)时,相对于电解液静止时,电解液同反向流动的槽电压分别降低了35.5%和36.9%,电解效率均从94.4%提升到98.9%。这说明,通过电解液的强制流动促进电化学反应的传质过程是可行的。
  我们还设计了一种使用聚丙烯酸钠(PAAS)凝胶电解质的带有气体扩散层的电解水装置,其使用纯泡沫镍(NF)作为阴、阳极电极材料,记为NF(I)NF。该设计的目的是研究产物的及时移除对电化学反应的影响。在此,就是使气体产物尽快地经气体扩散层逸出,从而降低气体在电极上的遮盖效应。实验发现,用6.0MKOH和7.4wt.%PAAS聚合物凝胶电解质可以同时兼顾机械性能和电化学性能,有最好的电化学性能,确定其为最佳凝胶电解质组成。该聚合物凝胶电解质的电解水性能要优于KOH溶液电解质,且还具有长期电化学稳定性。在2.0V时,两者的电流密度分别为95.14mA·cm-2和70.00mA·cm-2,在100mA·cm-2恒定的电流密度下电解池电压分别为2.10V和2.16V。这表明,凝胶电解质和气体扩散层的使用可以实现我们最初的设想。
  为了提高所述凝胶电解质电解水装置的性能,我们还对电催化剂的制备及其性能进行了研究。首先利用恒电流电沉积法在2mA·cm-2、4mA·cm-2和8mA·cm-2三种不同沉积电流密度下制备了Fe/NF和Ni-Fe/NF电极,并使其作为阴极,与泡沫镍阳极及最佳凝胶电解质分别组装成电解池NF(I)Fe/NF和NF(I)Ni-Fe/NF,测试其电解水性能。结果发现与前述NF(I)NF电解池相比较,Fe/NF和Ni-Fe/NF电极大大提高了电解水的电化学性能。分别在2mA·cm-2和4mA·cm-2沉积电流密度下沉积的Fe/NF和Ni-Fe/NF电极具有最好的电化学性能,在2.0V时的最大电解电流密度分别为250.4mA·cm-2和293.7mA·cm-2,在100mA·cm-2恒定的电流密度下电解池电压分别为1.94V和1.91V。
  我们还使用恒电位电沉积法在不同沉积时间条件下制备了α-Co(OH)2/NF电极,并使其作为阳极,与泡沫镍阴极及最佳凝胶电解质组装成电解池α-Co(OH)2/NF(I)NF,测试其电解水性能。结果发现,沉积时间为60min的α-Co(OH)2/NF电极具有最好的电化学性能。通过与最佳凝胶电解质组装的NF(I)NF电解池相比较,发现α-Co(OH)2/NF阳极大大提升了电解水性能,其在2.0V时的最大电流密度为280.4mA·cm-2,在100mA·cm-2恒定电流密度下的电解池电压为1.94V。
  最后,我们把性能最好的α-Co(OH)2/NF阳极与性能最佳的Ni-Fe/NF阴极重新组装电解池α-Co(OH)2/NF(I)Ni-Fe/NF,研究其电解水性能。结果发现其在2.0V时的电流密度高达344.2mA·cm-2,在100mA·cm-2恒定的电流密度下电解池电压低至1.88V,且在10mA·cm-2电流密度下14h内一直保持着稳定的电解池电压,表现出了优异的长期电化学稳定性。
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