一种燃煤烟气CO2一体化纯化催化的方法、装置及应用

本发明属于燃煤烟气电催化纯化处理和co2电还原领域，涉及一种燃煤烟气中co2一体化纯化催化的方法、装置及应用。

背景技术：

1、co2电还原(co2rr)是一种绿色无污染的催化转化co2的技术。然而现有的co2rr以高纯度co2气体为反应气，而高纯度co2气体的获得涉及耗能巨大的co2解析过程，如热分解脱附或变压脱附，这无疑降低了co2rr的经济性。而燃煤烟气是目前最大的co2排放源，直接电解燃煤烟气可以避免高耗能过程，然而低浓度co2气体导致传质受限从而影响催化剂的活性，此外还受燃煤烟气中o2的影响，这与o2还原的热力学电位较正有关；电解燃煤烟气捕集液可以避免上述问题，其中，直接电解低成本的无机碱捕集液(碳酸氢盐)是一种富有前途的手段，然而，带负电的碳酸氢根难以吸附到阴极催化剂表面，使用双极膜电解器可以解决上述问题，双极膜电解水产生的质子与阴极的碳酸氢根反应原位生成co2气体，从而实现碳酸氢盐的电催化转化(joule 2019,3(6),1487-1497)。尽管如此，双极膜电解水需要额外的电压，并且对应的阳极反应为动力学缓慢的电解水析氧反应，导致电解器的槽压较高(acs energy letters 2022,4483-4489)。此外，燃煤烟气中还含有sox、nox等。然而，目前尚无策略应对这些杂质气体对催化剂活性和选择性的影响。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法、装置及应用，利用无机碱捕获燃煤烟气，将燃煤烟气中的co2、sox、nox转化为碳酸氢盐、亚硫酸盐及亚硝酸盐，以此溶液为电解器的阳极电解液；在阳极利用亚硫酸盐及亚硝酸盐氧化过程中生成的质子与碳酸氢盐反应，以实现co2的纯化，将纯化后的co2为阴极反应气，在相应催化剂的催化作用下将其催化转化为高附加值产物。

2、本发明提供的一种通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，一方面实现了燃煤烟气的一体化纯化催化，避免了高耗能的co2解析过程；另一方面，本发明用热力学有利的亚硫酸盐/亚硝酸盐氧化取代析氧反应，降低了电解器的槽压；再一方面，本发明提供的通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，利用无机碱液将杂质气体转化为亚硫酸盐及亚硝酸盐，利用亚硫酸盐/亚硝酸盐氧化实现了燃煤烟气捕集液中co2的析出。利用本发明提供的一种通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，可以实现燃煤烟气到co或hcooh或c2+产物的催化转化，通用性强。

3、本发明提供了新颖的通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法、装置及应用。

4、一方面，本发明提供了一种新颖的烟道气中co2一体化纯化催化的方法，即利用碱溶液吸收燃煤烟气中的co2、sox、nox为碳酸氢盐、亚硫酸盐及亚硝酸盐，以此溶液为膜电极电解器阳极电解液，在阳极利用亚硫酸盐及亚硝酸盐氧化过程中生成的质子与碳酸氢盐反应，以实现co2的纯化，将纯化后的co2为阴极反应气，在相应催化剂的催化作用下将其催化转化为高附加值产物。

5、其特征在于，包括：

6、(1)所用无机碱溶液包括naoh、koh，所述碳酸氢盐的浓度为0.1m-饱和浓度、所述亚硫酸盐浓度为0.1-饱和浓度，所述亚硝酸盐为0.1-饱和浓度；

7、(2)所述阳极催化剂为碳材料、铂族金属催化剂、金、银催化剂或铅催化剂，所述阴极催化剂为ag、au、zn、sn及其化合物、in及其化合物、bi及其化合物、pb及其化合物、cu及其化合物；

8、(3)所述电解器为隔膜电解器；

9、(4)所述电解器可倒极使用；

10、(5)所述述于电解器阳极侧收集产生的co2包括：于电解器阴极液储罐处无需气液分离即可收集收集co2，并将这种湿co2气体为阴极的反应气。

11、另一方面，本发明还提供了一种通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法的装置。

12、在一方面，本发明还提供了一种通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法在燃煤烟气高值化利用领域的应用。

技术特征：

1.一种通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，其特征在于，所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法包括：利用碱溶液吸收燃煤烟气中的co2、sox、nox为碳酸氢盐、亚硫酸盐及亚硝酸盐，以此溶液为电解器的阳极电解液，利用亚硫酸盐及亚硝酸盐氧化过程中生成的质子与碳酸氢盐反应，以实现co2的纯化，将纯化后的co2为阴极反应气，在相应催化剂的催化作用下将其催化转化为高附加值产物。

2.如权利要求1所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，其特征在于，所述碱溶液为koh、naoh，所述碱溶液的浓度为0.1m-饱和浓度。

3.如权利要求2所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，其特征在于，所述阳极催化剂为碳催化剂或铅催化剂，所述阴极催化剂为ag、au、zn、sn及其化合物、in及其化合物、bi及其化合物、pb及其化合物、cu及其化合物。

4.如权利要求3所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，其特征在于，所述电解器为隔膜电解器。

5.如权利要求4所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，其特征在于，所述电解器可倒极使用。

6.如权利要求5所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法，其特征在于，所述于电解器阳极侧收集产生的co2包括：于电解器阴极液储罐处无需气液分离即可收集co2，并将这种湿co2气体为阴极的反应气。

7.一种实施权利要求1-6任意一项所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法的装置。

8.一种如权利要求1-7任意一项所述通过电化学手段实现燃煤烟气co2一体化纯化催化的方法在燃煤烟气高值化利用领域的应用。

技术总结本发明属于燃煤烟气电催化纯化处理和CO<subgt;2</subgt;电还原领域，公开了一种通过电化学手段实现燃煤烟气CO<subgt;2</subgt;一体化纯化催化的方法、装置及应用，利用碱溶液吸收燃煤烟气中的CO<subgt;2</subgt;、SO<subgt;x</subgt;、NO<subgt;x</subgt;为碳酸氢盐、亚硫酸盐及亚硝酸盐，以此溶液为阳极电解液，利用亚硫酸盐及亚硝酸盐氧化过程中生成的质子与碳酸氢盐反应，实现CO<subgt;2</subgt;的纯化，将纯化后的CO<subgt;2</subgt;为阴极反应气，在相应催化剂的催化作用下将其催化转化为高附加值产物。本发明用燃煤烟气捕集液中亚硫酸盐及亚硝酸盐电氧化反应代替传统电解水阳极析氧反应，显著降低电解器槽压；具有普适性。技术研发人员：王敏,孔令辉,姜鲁华受保护的技术使用者：青岛科技大学技术研发日：技术公布日：2024/8/27