[發(fā)明專利]具有低溫等離子體氮氣活化組件的光電催化合成氨反應器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211615312.4
• 申請日: 2022-12-15
• 公開（公告）號: CN115786948A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設計）人: 楊貴東;陳家和;嚴孝清;謝濤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B15/08;C25B1/27;C25B1/55
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開了一種具有低溫等離子體氮氣活化組件的光電催化合成氨反應器，包括自上到下依次分布的陽極反應器腔室、質子交換膜夾板、陰極反應腔室及等離子體氮氣活化組件，該反應器能夠解決N≡N鍵活化困難的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及一種光電催化合成氨反應器，具體涉及一種具有低溫等離子體氮氣活化組件的光電催化合成氨反應器。

背景技術

氨作為重要的化工原料，在化肥，能源，生物分子等方面都有重要地位。每年人類消耗的能源中約有2％用于制造氮基肥料，碳排放量約占全世界總碳排放量的1.6％。目前，工業(yè)合成氨使用Haber-Bosch工藝，這是一種高能量輸入的合成方式，需要高溫(400-500℃)和高壓(150-250atm)才能較為有效地將N₂和H₂轉化為NH₃。為了更好實現NH₃的可持續(xù)生產以及減少溫室氣體排放，光電催化合成氨得到了長足的發(fā)展。使用陽光和半導體光催化劑進行光催化合成NH₃是將N₂還原為NH₃的一種更有前景的策略。

目前對于NRR反應，半導體光電催化劑的發(fā)展已經趨于平穩(wěn)，但總體活性還未達到較高水平。主要原因為N≡N鍵活化困難和具備強化作用反應器的缺乏。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種具有低溫等離子體氮氣活化組件的光電催化合成氨反應器，該反應器能夠解決N≡N鍵活化困難的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明所述的具有低溫等離子體氮氣活化組件的光電催化合成氨反應器包括自上到下依次分布的陽極反應器腔室、質子交換膜夾板、陰極反應腔室及等離子體氮氣活化組件。

所述陽極反應器腔室包括自上到下依次分布的上蓋板、陽極集流板及陽極電解液流動池，陽極集流板上夾持有陽極，所述陽極為金屬陽極催化劑。

陰極反應腔室包括自上到下依次分布的陰極電解液流動池、陰極集流板及篩孔板，陰極集流板上沉積有銅納米線結構的泡沫銅作為陰極。

等離子體氮氣活化組件包括自上到下依次分布的等離子體氮氣活化腔室及底部蓋板。

等離子體氮氣活化腔室內部設置若干組相對分布的空心不銹鋼管，空心不銹鋼管上位于等離子體氮氣活化腔室內的一端為放電尖端，等離子體氮氣活化腔室的側面開孔。

陽極集流板及陰極集流板的內框內均設置有催化劑，其中，催化劑的外端面與陽極集流板及陰極集流板相接觸，陽極集流板及陰極集流板與外界電源相連接。

質子交換膜夾板內部分別有井字形質子交換膜固定梁，質子交換膜固定于所述井字形質子交換膜固定梁上。

陽極電解液流動池及陰極電解液流動池的側面均分別設置進口及出口。

上蓋板、陽極集流板、陽極電解液流動池、質子交換膜夾板、陰極電解液流動池、陰極集流板、篩孔板、等離子體氮氣活化腔室及底部蓋板之間通過螺絲相連接。

上蓋板、陽極集流板、陽極電解液流動池、質子交換膜夾板、陰極電解液流動池、陰極集流板、篩孔板、等離子體氮氣活化腔室及底部蓋板之間設置有硅橡膠墊片。

本發(fā)明具有以下有益效果：