一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置

本发明涉及电解海水领域，具体公开了一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置。

背景技术：

1、氢气是一种理想的、具有高能值的绿色清洁能源，然而绝大多数的氢气是通过化石燃料产生的，该方法制备氢气仍会导致环境污染。

2、电解海水制备氢气是一种具有重要战略意义的技术，该技术制备氢气时不产生碳排放，对环境友好，对于推动能源转型、实现可持续发展具有积极影响。现有技术中，电解海水技术存在易受电解环境影响、电解制氢速率缓慢等问题；因此，研究一种长期稳定、产氢量高的电解海水产氢装置具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置：制备方法包括以下步骤：步骤一：取碳纸，依次用稀盐酸溶液、去离子水、乙醇洗涤，得洗涤后的碳纸；

4、步骤二：将偏钨酸铵和钼酸钠加入去离子水，搅拌均匀，得混合溶液；加入洗涤后的碳纸，水热反应，得到mo-w-o/cp前驱体；

5、步骤三：将mo-w-o/cp前驱体在h2氛围中退火，得hxwo3-mo/cp；

6、步骤四：以泡沫铁为阳极，hxwo3-mo/cp为阴极组装电解池，得钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置。

7、优选地，所述混合溶液包括以下原料：0.3～0.5g偏钨酸铵、0.1～0.2g钼酸钠、35ml去离子水；所述碳纸的规格为2*4cm2。

8、优选地，步骤二将偏钨酸铵和钼酸钠加入去离子水后，至少搅拌1h。

9、优选地，所述稀盐酸溶液浓度为0.1m。

10、优选地，所述水热反应的条件为160～170℃下水热7～8h。

11、优选地，所述退火的条件为600～650℃退火3～4h。

12、优选地，所述钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置的制备方法包括以下步骤：步骤一：取碳纸，依次用稀盐酸溶液、去离子水、乙醇洗涤；

13、步骤二：将偏钨酸铵和钼酸钠溶于去离子水，得混合溶液；加入洗涤后的碳纸，水热反应，得到mo-w-o/cp前驱体；

14、步骤三：将mo-w-o/cp前驱体在h2氛围中退火，得hxwo3-mo/cp；

15、步骤四：将丙烯酸涂料喷涂到hxwo3-mo/cp表面，得改性阴极材料a；取纳米碳粉、盐酸多巴胺、缓冲液，搅拌、过滤、干燥，得改性碳粉；取亚铁氰化钾、六水合硝酸钴、改性碳粉、柠檬酸铵、水，配置浸渍液；将改性阴极材料a浸于浸渍液，浸渍、取出、干燥，得改性阴极材料b；

16、步骤五：以泡沫铁为阳极，改性阴极材料b为阴极组装电解池，得钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置。

17、优选地，所述改性碳粉包括以下原料，按质量份数计：1～2份纳米碳粉、1～2份盐酸多巴胺、100份缓冲液；所述浸渍液包括以下原料：亚铁氰化钾的浓度为0.01～0.03mol/l，六水合硝酸钴的浓度为0.02～0.04mol/l，柠檬酸钠的浓度为0.04～0.05mol/l，改性碳粉浓度为0.05～0.1g/l，其余为水。

18、优选地，所述丙烯酸涂料的制备包括以下步骤：s1：取碳纳米管、磷钼酸、1,4-二醛基-2,5-二乙烯基苯、水，混合均匀，60～70℃搅拌3～4h，洗涤、干燥、过筛，得改性填料；

19、s2：取水、亚硫酸氢钠、l-抗坏血酸、次磷酸钠、丙烯酸、改性填料、顺丙烯基磷酸、过硫酸铵；混合均匀，70～80℃反应1～2h，得丙烯酸涂料。

20、优选地，所述改性填料包括以下原料，按质量份数计：5～10份碳纳米管、3～5份磷钼酸、8～15份1,4-二醛基-2,5-二乙烯基苯、100～150份水；所述丙烯酸涂料包括以下原料，按质量份数计：70～80份水、0.1～0.2份亚硫酸氢钠、0.01～0.05份l-抗坏血酸、0.5～0.8份次磷酸钠、20～30份丙烯酸、3～5份改性填料、3～5份顺丙烯基磷酸、1～2份过硫酸铵。

21、优选地，将丙烯酸涂料喷涂到hxwo3-mo/cp表面时，喷涂量100～150μg/cm2；将改性阴极材料a浸于浸渍液时，浸渍工艺为50～70℃浸渍4～6h。

22、优选地，喷涂量为喷涂量120μg/cm2。

23、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：(1)本发明hxwo3-mo/cp的制备流程简便，通过简单的水热和后续退火即可得到；所使用到的钨和钼材料无毒无害，此外，它们均属于非贵金属，相比于铂族金属，费用更低廉(商用铂片的成本约为180/cm-2，hxwo3-mo/cp阴极的成本约为1.59/cm-2)；本发明在降低造价的同时，更简洁了阴极的制作工艺，从而更利于hxwo3-mo/cp阴极的扩大化生产；

24、本发明hxwo3-mo/cp可以作为“质子海绵”和电子储层，实现高效的质子、电子存储和释放，从而在中性溶液中，使催化剂中金属w位点周围形成类似酸性的微环境，热力学有利的质子吸附过程加速了析氢反应的volmer步骤(吸附过程)，从热力力学方面促进her(阴极析氢反应)；

25、本发明采用mo原子调控w的电子结构，使w的d-带中心下移，反键态填充电子增加，反键态不稳定，从而导致w对氢中间体的吸附强度减小，促进氢气的解吸，从动力力学方面促进her；

26、本发明的设计阳极不发生析氧反应，降低系统能耗高效产氢的同时还兼顾净化废水的优势。

27、(2)更为优化的，在hxwo3-mo/cp表面喷涂丙烯酸涂料，用于保护负极，减少不必要的副反应，延长使用寿命；丙烯酸涂料包括丙烯酸、改性填料、顺丙烯基磷酸，能够缓解电解液对负极的侵蚀，且附着力好、离子电导率强，丙烯酸、顺丙烯基磷酸中含有有络合性能的羧基、磷酸基，能吸附金属离子，减少负极析氢反应的副反应，提高效率；改性填料包括碳纳米管、磷钼酸、1,4-二醛基-2,5-二乙烯基苯，碳纳米管的加入可以有效提高电子传输效率、增强结构稳定性、增强机械性能；磷酸钼在提高负极效率和稳定性的同时，其磷酸基团具有一定络合能力，能提高析氢效率；两者通过1,4-二醛基-2,5-二乙烯基苯复合，得到带乙烯基的改性填料，在丙烯酸涂料中分散性好；同时，其中含有有络合能力的基团，为下一步浸渍改性奠定基础；

28、喷涂丙烯酸涂料后，在浸渍液中浸渍，浸渍液包括盐酸多巴胺改性的多孔纳米碳粉、亚铁氰化钾、六水合硝酸钴、柠檬酸铵、水，盐酸多巴胺改性的多孔纳米碳粉提供导电性和粘附性，同时分散性较好，亚铁氰化钾有很好的抗氯化钠结晶能力，能减少电解海水时产生的氯化钠结晶现象对析氢反应的影响；浸渍液通过络合与丙烯酸涂料结合，结合紧密性良好，同时提高了负极的比表面积，使析氢效率提高。

技术特征：

1.一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：制备方法包括以下步骤：步骤一：取碳纸，依次用稀盐酸溶液、去离子水、乙醇洗涤，得洗涤后的碳纸；

2.根据权利要求1所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述混合溶液包括以下原料：0.3～0.5份偏钨酸铵、0.1～0.2份钼酸钠、35份去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述水热反应的条件为160～170℃下水热7～8h。

4.根据权利要求1所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述退火的条件为600～650℃退火3～4h。

5.根据权利要求1所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述mo-w-o/cp前驱体中，每cm2的碳纸需加入3～5g混合溶液。

6.根据权利要求1所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置的阴极为改性阴极材料b，具体制备过程如下：将丙烯酸涂料喷涂到hxwo3-mo/cp表面，得改性阴极材料a；取纳米碳粉、盐酸多巴胺、缓冲液，搅拌、过滤、干燥，得改性碳粉；取亚铁氰化钾、六水合硝酸钴、改性碳粉、柠檬酸铵、水，配置浸渍液；将改性阴极材料a浸于浸渍液，浸渍、取出、干燥，得改性阴极材料b。

7.根据权利要求6所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述改性碳粉包括以下原料，按质量份数计：1～2份纳米碳粉、1～2份盐酸多巴胺、100份缓冲液；所述浸渍液包括以下原料：亚铁氰化钾的浓度为0.01～0.03mol/l，六水合硝酸钴的浓度为0.02～0.04mol/l，柠檬酸钠的浓度为0.04～0.05mol/l，改性碳粉浓度为0.05～0.1g/l，其余为水。

8.根据权利要求6所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述丙烯酸涂料的制备包括以下步骤：s1：取碳纳米管、磷钼酸、1,4-二醛基-2,5-二乙烯基苯、水，混合均匀，60～70℃搅拌3～4h，洗涤、干燥、过筛，得改性填料；

9.根据权利要求8所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：所述改性填料包括以下原料，按质量份数计：5～10份碳纳米管、3～5份磷钼酸、8～15份1,4-二醛基-2,5-二乙烯基苯、100～150份水；所述丙烯酸涂料包括以下原料，按质量份数计：70～80份水、0.1～0.2份亚硫酸氢钠、0.01～0.05份l-抗坏血酸、0.5～0.8份次磷酸钠、20～30份丙烯酸、3～5份改性填料、3～5份顺丙烯基磷酸、1～2份过硫酸铵。

10.根据权利要求6所述的一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置，其特征在于：将丙烯酸涂料喷涂到hxwo3-mo/cp表面时，喷涂量100～150μg/cm2；将改性阴极材料a浸于浸渍液时，浸渍工艺为50～70℃浸渍4～6h。

技术总结本发明涉及电解海水领域，具体公开了一种钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置；制备方法包括以下步骤：步骤一：取碳纸，依次用稀盐酸溶液、去离子水、乙醇洗涤；步骤二：将偏钨酸铵和钼酸钠溶于去离子水，加入洗涤后的碳纸，水热反应，得到Mo‑W‑O/CP前驱体；步骤三：将Mo‑W‑O/CP前驱体在H2氛围中退火，得HxWO3‑Mo/CP；步骤四：将丙烯酸涂料喷涂到HxWO3‑Mo/CP表面，得改性阴极材料A；将改性阴极材料A浸于浸渍液，浸渍、取出、干燥，得改性阴极材料B；步骤五：以泡沫铁为阳极，改性阴极材料B为阴极组装电解池，得钨钼析氢耦合铁基电絮凝系统电解海水产氢装置。技术研发人员：李威,邢德峰,吕斯濠,王刚,马冬梅受保护的技术使用者：东莞理工学院技术研发日：技术公布日：2024/6/26