[發明專利]一種電化學氧化石墨制一氧化碳的方法有效

申請號：	202010260454.8	申請日：	2020-04-03
公開（公告）號：	CN113549934B	公開（公告）日：	2022-12-06
發明（設計）人：	謝奎;葉靈婷	申請（專利權）人：	中國科學院福建物質結構研究所
主分類號：	C25B1/23	分類號：	C25B1/23;C25B11/036;C25B11/04;C25B15/00
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種電化學氧化石墨一氧化碳方法
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【說明書】：

本申請公開了一種電化學氧化石墨制一氧化碳的方法，所述方法包括以下步驟：在陶瓷膜電解池的陰極和陽極之間施加電壓，使得含有氧氣的氣體在陶瓷膜電解池的陰極電解獲得氧離子，所述氧離子經過所述陶瓷膜電解池的電解質傳輸至所述陶瓷膜電解池的陽極；所述陶瓷膜電解池的陽極處的石墨氧化，得到含有一氧化碳的氣體。通過本發明堆照石墨氣化率高，在密閉系統中進行，反應易控制，對于退役堆照石墨的處理具有創新性與社會經濟效益。

技術領域

本發明涉及本發明涉及堆照放射性石墨處理技術領域，特別涉及陶瓷膜電解池電化學氧化堆照石墨制一氧化碳的方法。

背景技術

石墨作為反應堆的結構材料，主要用作中子慢化劑和反射層，在世界上一百多座核電站、實驗堆、材料試驗堆中均有大量使用，隨著一些研究堆和生產堆的退役，大量堆照石墨需解決去向問題。現階段，退役堆照石墨的處理方法是反應堆關閉后就長期貯存幾十年。但長期貯存有一定的負面影響和不確定性，如對經濟和社會穩定的長期依賴，貯存建筑物易被意外侵入，仍需要后代徹底清理等；同時，堆照石墨受反應堆運行中的快中子及其他高能粒子輻射致石墨點陣原子位移并在石墨晶體中貯存了相當大的能量，即“維格納能”。這種形式的能量以晶格缺陷的形式存在于石墨中，在一定條件下以熱能形式釋放出來，容易導致石墨自燃。可見，長期貯存只是把問題留給將來，從安全穩定角度考慮，堆照放射性石墨最終還是需要進行處理。

近年來，國內外針對堆照放射性石墨的處理，陸續開展了基于焚燒、自蔓延固化、直接固定、蒸汽熱解等工藝的技術研發。焚燒能夠實現堆照放射性石墨的大幅度減容，但焚燒后尾氣中放射性核素的去除是制約該方法的主要因素之一。自蔓延固化，以固體形式存在，增重比可達20倍以上。直接固定是以水泥、濾清等固定才直接注入，增容比太大，且沒有考慮維格納能帶來的風險。蒸汽熱解處理堆照石墨減容效果顯著，但反應過程不易控制，技術難度大，工程應用難度大。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種電化學氧化石墨制一氧化碳的方法，以解決上述背景技術中的問題。

所述電化學氧化石墨制一氧化碳的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

在陶瓷膜電解池的陰極和陽極之間施加電壓，使得含有氧氣的氣體在陶瓷膜電解池的陰極電解獲得氧離子，所述氧離子經過所述陶瓷膜電解池的電解質傳輸至所述陶瓷膜電解池的陽極；所述陶瓷膜電解池的陽極處的石墨氧化，得到含有一氧化碳的氣體。

可選地，所述含有一氧化碳的氣體中一氧化碳的體積含量不低于90vol％。

在陶瓷膜電解池電化學氧化堆照石墨的過程中，并沒有碳元素的損失和排放，無論是CO₂/O₂去除還是石墨氧化，均是氧元素的化學輸運和再平衡過程。

可選地，含有氧氣的氣體選自空氣、氧氣、50％體積分數的氬氣中任意一種。

可選地，所述陰極包括TCNO/SDC復合電極、CCNO/SDC復合電極中的至少一種；

其中，TCNO為Cr和Ni共摻雜的TiO₂陶瓷；CCNO為Cu和Ni共摻雜的CeO₂陶瓷。

可選地，所述陽極包括過TCNO/SDC復合電極、CCNO/SDC復合電極中的至少一種；

其中，TCNO為Cr和Ni共摻雜的TiO₂陶瓷；CCNO為Cu和Ni共摻雜的CeO₂陶瓷。

可選地，所述電解質包括YSZ、LSGM中的至少一種。