專利名稱：二氧化碳在離子液體中的電化學還原方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二氧化碳在離子液體中的電化學還原方法和裝置。
技術(shù)背景用電化學方法將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇等有機化合物是實現(xiàn)二氧化碳資源化的一條重 要途徑，二氧化碳的電化學還原反應可在水溶液中進行，也可在非水體系中進行[l]。在 水溶液中，二氧化碳的電還原反應遇到的主要問題有①二氧化碳發(fā)生電還原反應的電流 效率低；②二氧化碳在水溶液中溶解度過低。在非水溶劑中，二氧化碳的電化學還原反應 遇到的主要問題①常用的三種有機溶劑(乙腈、二甲基甲酰胺和二甲亞砜)有揮發(fā)性， 并且有毒副作用；②水對上述三種有機溶劑的電化學性質(zhì)有很大的影響，溶劑使用前需要 經(jīng)過精制處理，必須除去溶劑中的水分，但二氧化碳在發(fā)生電化學還原反應的過程中卻有 水生成。由于上述原因，探索新的電解液體系十分必要。 參考文獻[1]張麗,羅儀文，鈕東方,肖麗平，陸嘉星,C02在銅電極上的電還原行為.高等學?；瘜W學報,2007(28) 1660-1662.發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種方法，使二氧化碳在離子液體中發(fā)生電化學還原反應，并生 成甲醇等有機化合物(副產(chǎn)物為甲酸、甲醛等)，實現(xiàn)二氧化碳資源化。本發(fā)明選用的離子液體的結(jié)構(gòu)式為,N^N、 F3C—S—N—S—CF3 V R2 II IIO OHim Tf2NR2: H、 C廣C5的烴基電化學反應的方法和裝置將電化學反應裝置的陰極室與陽極室之間用質(zhì)子交換膜(全氟磺酸膜Nafion)隔開， 陰極室中注入上述離子液體，緊貼在質(zhì)子交換膜上的金屬網(wǎng)作為陰極；陽極上有Pt/C催化 劑，催化劑層由擴散層(碳紙或碳布)和催化層(Pt/C催化劑)兩部分組成，雙極板上分布有細小的溝槽，具有收集電流和保證H2供應的作用。氫氣在陽極上被氧化，生成氫離子， H+穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，電子通過外電路轉(zhuǎn)移到陰極。二氧化碳和H"在陰極上發(fā)生電化學還原反應，生成甲醇和其他副反應產(chǎn)物。電化學反應裝置的結(jié)構(gòu)可表示為H2(g)， Pt I Nafion |金屬陰極，C02, CH3OH電極反應方程式為陽極<formula>formula see original document page 4</formula>陰極<formula>formula see original document page 4</formula>本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點或積極效果1、 上述離子液體具有很高的電導率和離子遷移率，適合作為電化學反應的介質(zhì)體系， 同時上述離子液體具有揮發(fā)性低和毒性小的優(yōu)點。2、 H+的競爭反應被抑制，而且由于二氧化碳在上述離子液體中的溶解度很高，二氧化碳的電還原反應效率也較高。本發(fā)明的電化學方法，利用C02生成甲醇等有機化合物(副產(chǎn)物為甲酸、甲醛等)， 實現(xiàn)了C02的資源化。


圖1是本發(fā)明的二氧化碳電化學反應裝置示意圖。圖中，l一離子液體，2—金屬網(wǎng)陰極，3—質(zhì)子交換膜，4一催化層，5—擴散層，6— 雙極板。
具體實施方式
如圖1所示，將電化學反應裝置的陰極室與陽極室之間用質(zhì)子交換膜(全氟磺酸膜 Nafion)隔開，陰極室中注入上述離子液體，其結(jié)構(gòu)式為<formula>formula see original document page 4</formula>
陰極室中通入二氧化碳，緊貼在質(zhì)子交換膜上的金屬網(wǎng)作為陰極；陽極上有Pt/C催化劑，催化劑層由擴散層(碳紙或碳布)和催化層(Pt/C催化劑)兩部分組成，擴散層的作用是支撐催化層，為電化學反應提供氣體通道，陽極雙極板(材料為碳、不銹鋼或鈦)上分布有細小的溝槽。在電化學反應裝置的陽極室中通入氫氣，氫氣被氧化生成H+， H+穿過質(zhì)子交換膜到 達陰極，二氧化碳和H+在陰極上發(fā)生電化學還原反應，生成甲醇等有機化合物，生成的 混合物經(jīng)精餾，得到甲醇、水和其他副反應產(chǎn)物。
權(quán)利要求
1. 一種二氧化碳在離子液體中發(fā)生電化學還原反應的方法，其特征在于在電化學反應裝置中的陰極室內(nèi)注入離子液體，并通入二氧化碳，在陽極雙極板內(nèi)側(cè)通入氫氣，氫氣在陽極上被氧化，生成氫離子，H+穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，電子則通過外電路轉(zhuǎn)移到陰極，二氧化碳和H+在陰極上發(fā)生電化學還原反應，生成甲醇等有機化合物，生成的有機化合物經(jīng)精餾，得到甲醇、水和其他副反應產(chǎn)物，離子液體的結(jié)構(gòu)式為id="icf0001" file="S2008100582257C00011.gif" wi="77" he="24" top= "81" left = "63" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>R1、R2H、C1-C5的烴基
2、權(quán)利要求l所述的二氧化碳在離子液體中的電化學還原反應的裝置，其特征在于: 陰極室與陽極室之間用質(zhì)子交換膜隔開，緊貼在質(zhì)子交換膜上的金屬網(wǎng)作為陰極，陽極上 有Pt/C催化劑，催化劑層由擴散層和催化層兩部分組成，陽極雙極板緊貼擴散層。
全文摘要
本發(fā)明是二氧化碳在離子液體中的電化學還原方法和裝置。在電化學反應裝置中的陰極室內(nèi)注入離子液體，并通入二氧化碳，在陽極雙極板內(nèi)側(cè)通入氫氣，氫氣在陽極上被氧化，生成氫離子，H⁺穿過質(zhì)子交換膜到達陰極，電子則通過外電路轉(zhuǎn)移到陰極，二氧化碳和H⁺在陰極上發(fā)生電化學還原反應，生成甲醇等有機化合物，生成的有機化合物經(jīng)精餾，得到甲醇、水和其他副反應產(chǎn)物。本發(fā)明的上述離子液體具有很高的電導率和離子遷移率，適合作為電化學反應的介質(zhì)體系，同時上述離子液體具有揮發(fā)性低和毒性小的優(yōu)點。H⁺的競爭反應被抑制，而且由于二氧化碳在上述離子液體中的溶解度很高，二氧化碳的電還原反應效率也較高，本發(fā)明的電化學方法，利用CO₂生成甲醇等有機化合物(副產(chǎn)物為甲酸、甲醛等)，實現(xiàn)了CO₂的資源化。
文檔編號C25B3/00GK101250711SQ20081005822
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月27日
發(fā)明者華一新, 錦 施, 胡玉琪 申請人:昆明理工大學