微通道电化学反应器中的CO 2 还原研究
发布时间：2021-10-08 00:50
二氧化碳电化学还原的大规模应用不但能够有效缓解二氧化碳日益剧增引起的环境问题,而且能够有效解决可再生电能难于存储的难题。除了催化剂的结构、组成和形貌外,二氧化碳电化学还原的活性、选择性、稳定性还受外部环境的影响。由于二氧化碳在水溶液中的溶解度较低,当反应速率较大时,反应活性极易受二氧化碳的传质限制。因此,开发高效二氧化碳电还原装置,强化二氧化碳传质,是在高反应速率下提高二氧化碳电还原活性的关键。微通道反应器具有高效的传热、传质性能,且操作安全、容易放大,在众多领域均呈现出优良的性能,但在二氧化碳电化学还原领域却鲜有报道。因此,本文从开发高效二氧化碳电催化装置、强化二氧化碳传质角度出发,将微通道技术应用到二氧化碳电化学还原领域,开发了两种新型的微通道电化学反应器装置,并对其电催化性能进行了研究,取得的主要结果如下:（1）开发间歇微通道电化学反应器,对其二氧化碳电催化性能进行研究。采用电沉积、热氧化、电还原方法制备了一种多孔的氧化还原泡沫铜电极,将其放入阳离子交换膜管内,构建了一种无需搅拌的环形微通道电化学反应器。通过SEM及电化学表征发现,氧化还原泡沫铜具有高的电化学比表面积,低的过电位...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１大气中Ｃ０２浓度发展趋势图ＨＩ??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｔｒｅｎｄ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｃ〇２?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ⑴??
华东理工大学博士学位论文?第５页??碳作为反应物，然而却也存在着过程难于控制的缺陷，此外，由于酶的作用温度较窄，??也存在着对生存环境要求苛刻的限制［６］；?（４）电化学转化法，利用电能将二氧化碳转化??为所需的目的产物，其作用机理图如图２．３所示，由于本法采用电能作为驱动力，反应条??件温和，反应速率可控（通过控制电位高低有效控制），绿色环保，被认为是当前最具发??展潜力的方法。此外，本法采用的电能可以通过可再生能源获得（如：太阳能，风能，??水能等），可有效的解决可再生能源存储的问题。因此，采用电化学方法，将二氧化碳转??化为富有高价值的化学品或燃料，不但能够解决二氧化碳增多带来的环境问题，而且有??利于解决可再生能源的存储问题。??（ａ）?（ｂ）?ｊ｜?ｉｆ＊??广兔?ｎ１丨：??ｄ〇Ｐ?＇；?；?■??Ｃ０２?Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ?Ｍ?Ｍ?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ．??＼?醒邏?Ｃａｔｈｏｄｅ＾，＾??Ｈ２０?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ?隱議?Ａ?（?＞?１?｜?参?｜ｆＵＦ＂?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??識ｙ?＿：』一??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｆｌｏｗ?Ｐｌａｔｅ??Ｎ?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??图２．２二氧化碳转化技术??（ａ）光化学转化法；（ｂ）生物化学转化法；（ｃ）热化学转化法；（ｄ）电化学转化法??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｃ〇２?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ！３！??（ａ）?Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｂ）?Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｃ）?Ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｄ）??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]Low-overpotential selective reduction of CO2 to ethanol on electrodeposited CuxAuy nanowire arrays[J]. Weiwei Zhu,Kuangmin Zhao,Suqin Liu,Min Liu,Feng Peng,Pengda An,Binhao Qin,Huimin Zhou,Hongmei Li,Zhen He. Journal of Energy Chemistry. 2019(10)
[2]Taylor流下微细颗粒增强CO2:吸收研究（英文）[J]. 蔡旺锋,张娇,张旭斌,王燕,齐向娟. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(02)
本文编号：3423106
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图２．１大气中Ｃ０２浓度发展趋势图ＨＩ??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｔｒｅｎｄ?ｃｈａｒｔ?ｏｆ?Ｃ〇２?ｉｎ?ｔｈｅ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ⑴??
华东理工大学博士学位论文?第５页??碳作为反应物，然而却也存在着过程难于控制的缺陷，此外，由于酶的作用温度较窄，??也存在着对生存环境要求苛刻的限制［６］；?（４）电化学转化法，利用电能将二氧化碳转化??为所需的目的产物，其作用机理图如图２．３所示，由于本法采用电能作为驱动力，反应条??件温和，反应速率可控（通过控制电位高低有效控制），绿色环保，被认为是当前最具发??展潜力的方法。此外，本法采用的电能可以通过可再生能源获得（如：太阳能，风能，??水能等），可有效的解决可再生能源存储的问题。因此，采用电化学方法，将二氧化碳转??化为富有高价值的化学品或燃料，不但能够解决二氧化碳增多带来的环境问题，而且有??利于解决可再生能源的存储问题。??（ａ）?（ｂ）?ｊ｜?ｉｆ＊??广兔?ｎ１丨：??ｄ〇Ｐ?＇；?；?■??Ｃ０２?Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｉｏｎ?Ｍ?Ｍ?Ｓｅｐａｒａｔｏｒ．??＼?醒邏?Ｃａｔｈｏｄｅ＾，＾??Ｈ２０?Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｚｅｒ?隱議?Ａ?（?＞?１?｜?参?｜ｆＵＦ＂?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??識ｙ?＿：』一??Ｃａｔｈｏｄｅ?Ｆｌｏｗ?Ｐｌａｔｅ??Ｎ?Ｅｎｄ?Ｐｌａｔｅ??图２．２二氧化碳转化技术??（ａ）光化学转化法；（ｂ）生物化学转化法；（ｃ）热化学转化法；（ｄ）电化学转化法??Ｆｉｇｕｒｅ?２．２?Ｃ〇２?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ！３！??（ａ）?Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｂ）?Ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｃ）?Ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；?（ｄ）??Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｃｏ
４Ｗ２０?（Ｅ°（Ｖ?ｖｓ．ＲＨＥ）?＝?０．０６４?Ｖ）?（２－６）??２Ｃ０２?＋?１２Ｗ＋＋?１２ｅ——?Ｃ２Ｗ５ＯＷ?＋?３／／２０?（￡■〇（！／ｖｓ．／？／／￡）＝?０．０８４ｌ〇?（２－７）??２Ｈ＋?＋?２ｅ￣?Ｈ２?（Ｅ°（Ｖｖｓ．ＲＨＥ）?＝?０．０００?Ｖ）?（２－８）???Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ??ｊ??Ｃａｔｈｏｄｅ??ｃ．?Ｌ??ｆ?１?「??＜?Ａｎｏｄｅ??Ｉ?ｉＪｉｆ?ｊ?］??Ｉｏｎ?Ｅｘｃｈａｎｇｅ?Ｍｅｍｂｒａｎｅ??图２．４常规的Ｈ型电解池示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｔｈｅ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?Ｈ－ｔｙｐｅ?ｃｅｌｌ??二氧化碳电化学还原制备一氧化碳、甲酸等产物的可能的机理图如图２．５所示ｔ９］，通??常分为以下几个步骤完成：??（１）第一阶段为吸附，气相中的二氧化碳进入溶液后首先吸附到催化剂表面，由游??离态变为吸附态Ｃ０２（ａｑ）；??（２）第二阶段为活化，吸附态的二氧化碳分子在电极表面获得电子，变为＿Ｃ０２＿，??此过程为单电子还原过程，为二氧化碳电还原过程的第一步，该步骤需要的平衡还原电??位为－１．４９８Ｖ（ｖｓ．ＲＨＥ），能垒较高，需要的过电位较大，通常被认为是电化学还原过程??的决速控制步骤；??（３）第三阶段为活化态分子的质子化反应，活化态？（：＆■■与来自电解液中的质??子ｈ＋发生反应，形成？?ｃｏｏ／ｙ中间体或？?ｗａ／ａ；??（４）第四阶段为还原中间体（？（：００／／或？ＷＣＨ０）获得电子和质子，进一步还原获??得目的产物（如一氧化碳或甲酸等）；??（５）第五阶段为二氧化
【参考文献】：
期刊论文
[1]Low-overpotential selective reduction of CO2 to ethanol on electrodeposited CuxAuy nanowire arrays[J]. Weiwei Zhu,Kuangmin Zhao,Suqin Liu,Min Liu,Feng Peng,Pengda An,Binhao Qin,Huimin Zhou,Hongmei Li,Zhen He. Journal of Energy Chemistry. 2019(10)
[2]Taylor流下微细颗粒增强CO2:吸收研究（英文）[J]. 蔡旺锋,张娇,张旭斌,王燕,齐向娟. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2013(02)
本文编号：3423106
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