[發(fā)明專利]一種CO2

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210089354.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN114369843B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉憲;文斌;趙婷婷;董金龍;陳恒;白宇潔;曹晉瑜;李子怡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原師范學(xué)院
• 主分類號(hào): C25B3/07
• 分類號(hào): C25B3/07;C25B3/21;C25B3/26;C25B9/23;C25B11/02
• 代理公司: 太原申立德知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 郭海燕

本發(fā)明屬于CO₂催化還原領(lǐng)域，具體涉及一種CO₂催化還原裝置及其應(yīng)用，為解決現(xiàn)有酶催化CO₂還原技術(shù)中，輔酶難以循環(huán)利用的問題，傳統(tǒng)催化體系難以同時(shí)具備過程溫和可控、催化效率高且選擇性好的問題，本發(fā)明是一種含有光電催化復(fù)合膜的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)輔酶循環(huán)利用的光電催化與酶催化耦合的CO₂還原裝置。裝置包括光電催化復(fù)合膜、由光電催化復(fù)合膜分割成的陽極室和陰極室、陽極和陰極。以光電催化復(fù)合膜作為陽極室和陰極室的隔膜，陽極室加電解質(zhì)水溶液，陰極室加含有酶和輔酶的CO₂PBS溶液，在氙燈光照和外加電壓下，進(jìn)行CO₂還原反應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于CO₂催化還原領(lǐng)域，具體涉及一種CO₂催化還原裝置及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化碳是引起全球“溫室效應(yīng)”的主要?dú)怏w之一。將二氧化碳還原為低碳新能源不僅能夠降低CO₂排放，同時(shí)可生成基礎(chǔ)化學(xué)品和燃料，對(duì)解決日益嚴(yán)重的環(huán)境與能源問題具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)具有積極推進(jìn)作用。目前，研究者開發(fā)了多種CO₂轉(zhuǎn)化途徑,如熱化學(xué)法、光化學(xué)法、電化學(xué)法和生物酶法等。然而，由于CO₂分子穩(wěn)定，活化難度大，利用上述方法還原CO₂時(shí)，很難構(gòu)建同時(shí)具備過程溫和可控、催化效率高且選擇性好的催化體系。

酶催化法作為一種綠色催化技術(shù)，具有條件溫和，效率高，選擇性高的特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生制藥、生物傳感等領(lǐng)域。在酶催化還原CO₂過程中，不但能夠活化反應(yīng)物分子，而且能夠降低反應(yīng)所需活化能。然而，在酶催化過程中，往往需要不斷添加輔酶，但價(jià)格昂貴的輔酶極大地限制了其規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，如何實(shí)現(xiàn)輔酶的循環(huán)利用是當(dāng)前具有挑戰(zhàn)性的障礙。傳統(tǒng)方法進(jìn)行輔酶循環(huán)，通常采用化學(xué)法、電化學(xué)法、光化學(xué)法等。化學(xué)法的主要缺點(diǎn)是缺乏特異性、輔酶容易被鈍化、化學(xué)試劑污染產(chǎn)物使分離困難，甚至?xí)绊懨傅姆€(wěn)定性；電化學(xué)法的缺點(diǎn)是需要克服較高的超電勢(shì)，造成不必要的副反應(yīng)；光化學(xué)法通常需要添加電子媒介物，而且反應(yīng)速率也較慢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有酶催化CO₂還原技術(shù)中，輔酶難以循環(huán)利用的問題，傳統(tǒng)催化體系難以同時(shí)具備過程溫和可控、催化效率高且選擇性好的問題，提供一種含有光電催化復(fù)合膜的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)輔酶循環(huán)利用的光電催化與酶催化耦合的CO₂還原裝置及應(yīng)用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案：

一種CO₂催化還原裝置，包括反應(yīng)器、光電催化復(fù)合膜、陰極、陽極、直流電源、光源；所述光電催化復(fù)合膜設(shè)置在反應(yīng)器內(nèi)，將反應(yīng)器分為陽極室和陰極室，所述陽極和陰極分別設(shè)置在陽極室和陰極室內(nèi)，所述直流電源的正極和負(fù)極分別與陽極和陰極連接，所述光源設(shè)置在陰極室的上方；

所述光電催化復(fù)合膜由雙極膜和表面負(fù)載光電催化劑的金屬鎳網(wǎng)構(gòu)成，雙極膜是由陰離子交換膜和陽離子交換膜復(fù)合而成，所述金屬鎳網(wǎng)作為陰極，所述表面負(fù)載光電催化劑的金屬鎳網(wǎng)貼合在陽離子交換膜上；

所述陽極室為電解質(zhì)水溶液，陰極室為含有酶和輔酶的CO₂ PBS水溶液，所述光源為氙燈。

進(jìn)一步，所述光電催化復(fù)合膜的制備方法如下：

(1)采用聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚砜、聚乙烯芐基氯中的一種或幾種任意比例的混合物作為陰離子交換膜的支撐，采用一種或幾種按任意比混合的含有伯氨基、仲氨基、叔氨基或季氨基的化合物作為陰離子交換膜的固定基團(tuán)，加入戊二醛溶液作為交聯(lián)劑，配制陰離子交換膜液，通過流延法制備陰離子交換膜；