一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统

本发明属于电化学电解池装置，涉及一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统。

背景技术：

1、二氧化碳的有效利用和转化成有机化合物的方法备受关注，特别是通过电催化二氧化碳还原制备高附加值化学品。其中，甲酸的制备是一项具有广泛应用前景的重要研究方向，因为甲酸不仅是一种常见的化工原料，还是一种潜在的氢源，具有储能和能源转化的潜力。

2、然而，传统的甲酸制备方法往往涉及高温高压反应条件，能耗较高，产物选择性难以调控，而且对催化剂的依赖性大。因此，迫切需要一种新颖的、高效的方法，能够在温和条件下实现二氧化碳的还原，同时协同进行甲醇的氧化反应，从而直接高效地制备甲酸。

3、近年来，无膜电解技术逐渐受到研究关注，其相对于传统电解池而言，具有结构简单、操作稳定等优势。同时由于摒弃了昂贵的离子交换膜，自主研发的无膜电解技术将有力压缩甲酸的生产成本和加快工业化进程。目前，将无膜电解技术应用于一体化二氧化碳还原与甲醇氧化系统中的研究相对较少。因此，设计一种高效的无膜电解系统，实现二氧化碳与甲醇的协同电催化反应，不仅是电催化领域的技术突破，更是为甲酸生产提供了一种经济、高效、环保的解决方案，对清洁能源产业的可持续发展将具有重要意义。

技术实现思路

1、针对背景技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供了一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，包括以下组件：阴阳两极无膜电解池、蠕动泵、电解液储存罐、稳流池，且各组件之间通过管线连接。

4、优选地，所述阴阳两极无膜电解池包括：石英窗密封盖、阴极催化层、电解液流场板、阳极催化层和底板，其中，

5、所述石英窗密封盖的内部开设有石英窗密封盖空腔，所述石英窗密封盖空腔内壁的顶部和底部分别开设有co2入口通道和co2出口通道；

6、所述电解液流场板的中心内部开设有电解液流场板空腔，所述电解液流场板空腔内壁的左右两端分别开设有电解液入口通道和电解液出口通道，且所述电解液入口通道和电解液出口通道远离电解液流场板空腔的一端均延伸至电解液流场板的外部；

7、所述电解液流场板空腔内壁的正上方开设有参比电极通道，所述参比电极通道与电解液入口通道和电解液出口通道连通，所述参比电极通道内部设置有参比电极；所述电解液流场板空腔内装有电解液；

8、所述阴极催化层包括：第一密封绝缘层和阴极；所述阳极催化层包括：第二密封绝缘层和阳极；

9、所述石英窗密封盖、阴极、第一密封绝缘层、电解液流场板、阳极、第二密封绝缘层和底板依次贴合并通过螺纹孔和加固螺栓装配固定。

10、优选地，所述阴极为负载用于将co2电催化还原为甲酸的阴极催化剂的气体扩散电极，且所述气体扩散电极的一端连接有用于与电化学工作站连接的导电铜箔，所述阴极催化剂为bi2o2co3；

11、优选地，所述阳极为负载用于将甲醇氧化为甲酸的阳极催化剂的泡沫镍电极，所述泡沫镍电极的一端连接有用于与电化学工作站连接的导电铜箔，所述阳极催化剂为feooh。

12、优选地，所述参比电极为搭有盐桥的ag/agcl电极、hg/hgo电极和ag/ag2o电极中的任意一种。

13、优选地，所述电解液由浓度为0.1～5.0m的氢氧化钾水溶液和0.1～5.0m的甲醇水溶液混合而得。

14、优选地，所述第一密封绝缘层和第二密封绝缘层均为中心开设有10～50mm×5～20方形孔的回字型双层橡胶垫。

15、优选地，所述石英窗密封盖1的尺寸大小为长50～100×宽50～100×厚5～10mm，所述石英窗密封盖空腔的尺寸大小为长5～20×宽10～50×厚2～5mm。

16、优选地，所述底板为光滑平板，尺寸大小为长50～100×宽50～100×厚5～10mm。

17、优选地，所述石英窗密封盖空腔内部还开设有石英窗。

18、优选地，所述石英窗的材质为石英玻璃，所述加固螺栓为不锈钢，所述石英窗密封盖、电解液流场板和底板的材质均为聚醚醚酮。

19、本发明的有益效果：

20、(1)本发明提供了一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，通过巧妙设计电解池、电解系统和优化电解条件，实现了对二氧化碳还原和甲醇氧化的一体化控制。通过使用该系统能够在阴极将二氧化碳高效还原为甲酸的同时在阳极有效氧化甲醇为甲酸。实验结果表明，采用本发明提供的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统制备甲酸时，阴阳两极分别以高于95％的法拉第效率高选择性生产甲酸，为工业化生产甲酸提供了新的思路。

21、(2)本发明提供的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，无需使用昂贵的离子交换膜，避免对阴阳极电解液的区分，使得整个装置的设计更为简化，系统结构进一步精简。这样不仅降低了制造成本，减少了运行的繁琐操作，同时使得无膜电解系统的整体制造和运行成本大幅降低，更有助于推动其在实际应用中广泛采用。也就是说，本发明提供的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统结构简单，易于操作，大幅降低了甲酸生产成本，更符合实际应用的要求，适合进行工业推广。

技术特征：

1.一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：包括以下组件：阴阳两极无膜电解池、蠕动泵、电解液储存罐、稳流池，且各组件之间通过管线连接。

2.根据权利要求1所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述阴阳两极无膜电解池包括：石英窗密封盖(1)、阴极催化层、电解液流场板(6)、阳极催化层和底板(12)，其中，

3.根据权利要求2所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述阴极(5)为负载用于将co2电催化还原为甲酸的阴极催化剂的气体扩散电极，且所述气体扩散电极的一端连接有用于与电化学工作站连接的导电铜箔；所述阳极(11)为负载用于将甲醇氧化为甲酸的阳极催化剂的泡沫镍电极，所述泡沫镍电极的一端连接有用于与电化学工作站连接的导电铜箔；所述阴极催化剂为bi2o2co3，所述阳极催化剂为feooh。

4.根据权利要求2所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述参比电极(9)为搭有盐桥的ag/agcl电极、hg/hgo电极和ag/ag2o电极中的任意一种。

5.根据权利要求2所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述电解液由浓度为0.1～5.0m的氢氧化钾水溶液和0.1～5.0m的甲醇水溶液混合而得。

6.根据权利要求2所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述第一密封绝缘层(4)和第二密封绝缘层(10)均为中心开设有长5～20×宽10～50mm方形孔的回字型双层橡胶垫；

7.根据权利要求2所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述石英窗密封盖空腔(15)内部还开设有石英窗(17)。

8.根据权利要求7所述的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，其特征在于：所述石英窗(17)的材质为石英玻璃，所述加固螺栓(14)为不锈钢，所述石英窗密封盖(1)、电解液流场板(6)和底板(12)的材质均为聚醚醚酮。

技术总结本发明公开了一种阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，包括以下组件：阴阳两极无膜电解池、蠕动泵、电解液储存罐、稳流池，且各组件之间通过管线连接。实验结果表明，采用本发明提供的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统制备甲酸时，阴阳两极分别以高于95%的法拉第效率高选择性的生产甲酸，成功实现了二氧化碳还原与甲醇氧化的一体化，为工业化生产甲酸提供了新的思路。另本发明提供的阴阳两极无膜电解共制甲酸系统，无需使用昂贵的离子交换膜，结构简单，易于操作，能够大幅降低甲酸的生产成本，更符合实际应用的要求，适合进行工业推广。技术研发人员：张玉,李亿程,刘亚,侯国禹受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8