[發明專利]一種高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置

有效

• 申請號: 202011472600.X
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112609204B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 劉東;鄧楷;馮浩;張瑩;李強
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C25B3/26
• 分類號: C25B3/26;C25B3/03;C25B1/23;C25B1/55;C25B3/21;C25B9/00;C25B11/075
• 代理公司: 南京禹為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

本發明公開了一種高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置，包括供氣組件、高壓反應組件、數據采集組件、產物收集組件，其中，供氣組件，包括兩條通道、用于傳輸二氧化碳的通道上設置的高壓泵和對稱設置于兩條通道上的四個閥門；高壓反應組件，包括還原反應器和與還原反應器連接的模擬光源；數據采集組件，包括電化學工作站和數據采集儀；以及，產物收集組件，包括取樣箱和與取樣箱連接的真空泵；本發明中的高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置針對二氧化碳還原效率低的問題，設計了高壓二氧化碳還原反應器。在高壓下，二氧化碳還原效率從常壓下的10％，提高到80％以上(50個大氣壓力的二氧化碳)；針對銅催化劑活性較低的問題，高壓二氧化碳對銅催化劑活性有明顯調控作用。

技術領域

本發明涉及化工能源的技術領域，尤其涉及一種高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置。

背景技術

近年來，隨著化石燃料的大量消耗，大氣中二氧化碳含量不斷提高。隨之而來的溫室效應等環境問題近年來一直是各界討論的焦點。二氧化碳減排、捕集、轉化是目前學術界的熱點之一。大眾對清潔能源的需求也越來越高。太陽能是地球上能量的最終來源，是最容易得到的清潔能源。利用太陽能將二氧化碳轉化為含碳有機物(人工光合作用)是目前解決能源環境問題的有效方法之一。

光電催化還原二氧化碳可以直接利用太陽能轉化二氧化碳。其基本原理是半導體光催化劑吸收大于半導體禁帶寬度的光子的能量，產生光生電子空穴對，光生電子具有還原性，可以還原二氧化碳，生成一氧化碳，甲烷等含碳產物。光電催化還原二氧化碳利用半導體電極，外加另外的對電極，通過兩電極之間的電位差，使電子能夠定向移動，從而使光生電子空穴分離，降低了電子空穴重新復合而湮滅的概率。

現有的光電催化還原二氧化碳主要是在水溶液體系中進行，反應系統在常溫常壓下工作。然而常壓下二氧化碳在水溶液中的溶解度極低，水溶液中容易發生電解水反應與二氧化碳還原反應競爭，限制了二氧化碳轉化的效率。不施加強化措施的情況下，對于銅催化劑電極，產氫選擇性高于90％，而二氧化碳還原選擇性不到10％。首先，現有的工業技術中二氧化碳排放往往是高溫高壓的(例如西安交通大學的水煮煤技術，二氧化碳和水混合工質壓力高達 25MPa)，其次二氧化碳儲存運輸和分離也是在高壓環境中，再者高壓下二氧化碳在水溶液中溶解度更高，二氧化碳還原效率比常壓下更高。所以高壓二氧化碳的轉化還原在工業中是更合適的。現有的光電催化反應系統只能常壓下運行，無法承受高壓環境，限制了現有光電催化反映系統的利用前景。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

鑒于上述現有高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置存在的問題，提出了本發明。

因此，本發明目的是提供一種高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置，其能夠解決二氧化碳在水溶液中溶解度低而導致二氧化碳還原效率低的問題，高壓二氧化碳對銅催化劑活性有明顯調控作用。高壓下由氧化亞銅轉化的銅催化劑二氧化碳還原選擇性在80％左右，而在常壓下由氧化亞銅轉化的銅催化劑，同條件二氧化碳還原選擇性只有30％左右。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置，包括供氣組件、高壓反應組件、數據采集組件、產物收集組件，其中，供氣組件，包括兩條通道、用于傳輸二氧化碳的所述通道上設置的高壓泵和對稱設置于兩條所述通道上的四個閥門；高壓反應組件，與所述供氣組件連接，包括還原反應器和與所述還原反應器連接的模擬光源；數據采集組件，與所述還原反應器連接，包括電化學工作站和數據采集儀；以及，產物收集組件，與所述還原反應器連接，包括取樣箱和與所述取樣箱連接的真空泵。

作為本發明所述高壓光電催化還原二氧化碳實驗裝置的一種優選方案，其中：所述閥門能夠控制所述通道進出口的開閉。