[發明專利]濕二氧化碳電催化制備合成氣的方法

有效

• 申請號: 201310597497.5
• 申請日: 2013-11-22
• 公開（公告）號: CN103613067A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 楊乃濤;孟秀霞;申義馳;孟波;譚小耀
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C01B3/02
• 分類號: C01B3/02;C04B35/622
• 代理公司: 青島發思特專利商標代理有限公司 37212
• 代理人: 馬俊榮

技術領域

本發明涉及一種濕二氧化碳電催化制備合成氣的方法，屬于催化膜反應器應用技術領域。背景技術

濕CO₂電催化膜反應器主要基于平板狀的固體氧化物電解池。CN201310228980.6公開了一種高溫共電解的超晶格復合氧電極及其制備方法，該復合氧電極高溫密封較困難，陰陽兩極很難同時具有良好的抗氧化還原性、熱匹配性、化學穩定性、較高的機械性能和平整度等，研究基本處于熱力學和動力學模擬階段。

目前，基于微管式電催化膜反應器將濕二氧化碳電催化制備合成氣的方法還未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種濕二氧化碳電催化制備合成氣的方法，該方法首次將微管式電催化膜反應器用于濕二氧化碳電催化制備合成氣的領域，且本發明采用的膜反應器體積功率密度高、體積小，傳質、傳熱效率高，機械性能強，更容易保溫和密封。

本發明所述的濕二氧化碳電催化制備合成氣的方法，是將微管式電催化膜反應器外接電源構成電解池，濕CO₂通于陰極側，氦氣或其他惰性氣體作為吹掃氣通入陽極側得到氧氣。

所述微管式電催化膜反應器的制備方法可以由如下的兩種方式：

方式一、先采用聚合物誘變相轉化-紡絲-燒結工藝制備致密陶瓷電解質微管，再采用浸漬提拉法，在致密陶瓷電解質微管內、外表面分別涂覆陰極、陽極或者涂覆陽極、陰極，形成電催化膜反應器。

所述聚合物誘變相轉化-紡絲-燒結工藝是：將聚合物粘結劑、溶劑、分散劑和陶瓷粉體配制成鑄膜液，加壓紡絲制成胚體，再經燒結獲得致密陶瓷電解質微管。

所述聚合物粘結劑為聚砜、聚醚砜或聚酰亞胺；所述的溶劑為N-甲基吡咯烷酮（NMP）或二甲基甲酰胺；所述的分散劑為聚乙烯吡咯烷酮；所述的陶瓷粉體為高溫氧離子電解質陶瓷材料，優選氧化釔穩定的氧化鋯YSZ（(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92）、氧化鈧穩定的氧化鋯ScSZ（10mol%Sc₂O₃-1mol%CeO₂-ZrO₂）、稀土摻雜的二氧化鈰、穩定的氧化鉍或LSGM（La_0.9Sr_0.1Ga_0.8Mg_0.2O_3-a）中的一種或多種。

所述稀土摻雜的二氧化鈰為GDC（Gd_0.1Ce_0.9O_2-a或Gd_0.2Ce_0.8O_2-a）或SDC（Sm_0.2Ce_0.8O_2-a），優選Gd_0.1Ce_0.9O_2-a。

所述穩定的氧化鉍為(ZrO₂)_x(Bi₂O₃)_1-x或(Y₂O₃)_x(Bi₂O₃)_1-x或(Nb₂O₅)_x(Bi₂O₃)_1-x。

所述的燒結是從室溫以2-4℃/min速率升至600-800℃，保溫1h，然后以2℃/min速率升至1400-1600℃，保溫4-10h，最后以2℃/min速率降至室溫。

所述鑄膜液組成為：陶瓷粉體、聚合物粘結劑、溶劑的質量比為6-9:1:4。

所述陰極的材料是金屬氧化物和電解質的組合，金屬氧化物和電解質的質量比為7:3-3:7，所述電解質為YSZ、ScSZ、GDC、SDC、穩定的氧化鉍或LSGM中的一種或多種；陰極優選NiO-YSZ、NiO-GDC、NiO-SDC或NiO-LSGM，配置陰極浸漬液時，采用乙醇基懸浮液；