[發明專利]一種電解過氧化氫制氫氣的裝置及方法

有效

• 申請號: 202110721698.6
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113416971B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 尹熙;丁瑞敏;劉暢;劉珊珊;楊潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B1/02;C25B1/50;C25B11/032;C25B11/091;C25B11/075
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

1.一種電解過氧化氫制氫氣的裝置，包括由隔膜阻隔形成的陽極室和陰極室，所述陽極室內配置有陽極電極，所述陰極室內配置有陰極電極，所述陽極電極與所述陰極電極分別通過導線與外部電源連接；其特征在于，所述陽極室內配置有含過氧化氫的溶液A，且通過隔膜將過氧化氫阻隔在所述陽極室內；所述陽極電極的表面配置有陽極催化劑層，所述陽極催化劑層是由以下方法制備：

將陽極催化劑材料與粘結劑形成混合溶液均勻分散后，通過噴涂或者浸泡使其分布于陽極擴散層的表面及內部；

所述陽極催化劑材料為鐵氮共摻雜碳材料、鈷氮共摻雜碳材料、Pt/C、氮雜碳催化劑、鈷摻雜聚吡咯材料中的任意一種或多種的組合；

所述溶液A是過氧化氫或者過氧化氫與其它電解質溶液的混合液；所述其它電解質溶液為酸性電解質溶液、中性電解質溶液、堿性電解質溶液中的任意一種；

所述酸性電解質為硫酸、鹽酸、高氯酸、磷酸、三氟甲磺酸、1-甲基-3-磺酸丁基咪唑三氟甲烷磺酸鹽、1-甲基-3-磺酸丁基咪唑硫酸氫鹽中的任意一種；

所述堿性電解質為氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鋰、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、1-丁基-3-甲基咪唑乙酸鹽、1-甲基-3-丁咪唑氫氧化物中的任意一種；

所述中性電解質溶液為硫酸鈉、硫酸鉀、氯化鈉、氯化鉀中的任意一種的水溶液，或者PBS磷酸鹽緩沖溶液。

2.根據權利要求1所述的電解過氧化氫制氫氣的裝置，其特征在于，所述溶液A中，過氧化氫的質量百分濃度為0.25％～100％；所述溶液A的pH值為-3～18。

3.根據權利要求2所述的電解過氧化氫制氫氣的裝置，其特征在于，所述其它電解質溶液的濃度為0.1mmol/L～10mol/L。

4.根據權利要求1所述的電解過氧化氫制氫氣的裝置，其特征在于，所述隔膜為質子交換膜、陰離子交換膜、氫氧根離子交換膜、雙極膜、離子半透膜、石棉隔網中的任意一種或者多種的復合膜。

5.根據權利要求1所述的電解過氧化氫制氫氣的裝置，其特征在于，所述陽極擴散層選用石墨氈、石墨板、碳板、碳纖維布、碳纖維層、碳纖維紙、多孔碳膜、多孔石墨、泡沫碳中的任意一種或者由碳涂層覆蓋保護的多孔金屬介質。

6.根據權利要求1所述的電解過氧化氫制氫氣的裝置，其特征在于，所述粘結劑為全氟磺酸聚電解質、磺化聚醚醚酮聚電解質、磺化聚砜聚電解質、磷酸化聚苯并咪唑、季銨化聚砜聚電解質、芐基三甲基季銨鹽聚電解質、聚苯咪唑聚電解質、聚乙烯醇聚電解質、雜多酸電解質、羧甲基纖維素、聚四氟乙烯、丁苯膠乳中的任意一種或者多種的混合物。

7.一種電解過氧化氫制氫氣的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、制備權利要求1～6任意一項所述的電解過氧化氫制氫氣的裝置；

S2、向S1所述裝置的陽極室內泵入含過氧化氫的溶液A，并通過外部電源向陽極電極和陰極電極施加電壓，在陽極室內進行過氧化氫電化學氧化反應，在陰極室內進行電化學析氫反應，然后對陰極生成的氫氣和陽極生成的氧氣進行收集或直接利用；

其中，單個電解槽電壓為0.7～1.3V，溫度為-45℃～90℃。