一种电催化二氧化碳还原的方法与流程

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1.本发明属于能源与电催化技术领域，具体涉及一种电催化二氧化碳还原的方法。

背景技术：

2.随着社会的不断进步，城市化水平的不断提高，人们对化石能源的消耗，大量的以二氧化碳为主的温室气体的排放，引发了全球变暖、海平面上升和极端天气等环境问题，为了降低二氧化碳对气候的影响，一方面要通过大力推广节能减排技术，从源头上减少二氧化碳的排放；另一方面要加强二氧化碳资源化利用，碳捕集与封存(carbon capture and storage，简称ccs，也被译作碳捕获与埋存、碳收集与储存等)是指将大型发电厂所产生的二氧化碳(co2)收集起来，并用各种方法储存以避免其排放到大气中的一种技术。该方法虽然有效的减少了co2其他的排放量，但大量的气体储存与应用仍旧存在较大的问题，处置成本高昂，经济效益低。利用低品阶的可再生电能，将co2电化学还原生成高附加值的化学品或燃料，既可以“变废为宝”、减少co2排放，又能将可再生能源转变为高能量密度的燃料储存，具有重要的现实意义。
3.二氧化碳电化学还原已知的典型技术包括：哈尔滨工业大学的cn112760669b专利，提出一种应用于大电流条件下稳定实现高效电催化二氧化碳还原的流动电解方法，采用气体扩散电极取代传统阴极电极，在使用制备的cufe催化剂时，由于fe对中间产物co有较强的吸附强度，促进co2的初始活化速度，同时更换离子交换膜与气体扩散层、改变反应器材质(可将电源的正极、负极分别与阳极对电极和co2气体流动室的外表面相连通)、优化催化剂负载方式等方法，缓解了在使用气体扩散电极过程中容易出现的漏液、漏气或催化剂中毒的问题，提高了反应体系的稳定性，使反应体系可稳定工作超过10h，实现了高效、稳定地电催化还原co2。该方法提出的二氧化碳还原方法虽然实现二氧化碳到乙烯的转化，但是工业化生产仍旧需要更加稳定以及高效的还原效率来满足对大量二氧化碳的处理。
4.中国科学院宁波材料技术与工程研究所的专利cn113046769a，提供了一种高效电催化还原二氧化碳的方法，采用直流电源、电解单元、以及用于加热电解单元的加热装置，其中电解单元采用以阴极为支撑的中空对称结构的固体氧化物电解单元，具有机械强度大、抗氧化还原能力强、稳定性高等优势。将二氧化碳通入电解单元的阴极支撑层的中空孔道，空气通入电解池单元的阳极侧，通过将电解池单元加热至700℃以上，开启直流电流，能直接将二氧化碳电催化还原为一氧化碳。该方法虽然能够实现co2转化简单易控，产生的co选择性好，co2转化率高，可以达到35％以上，甚至达到40％以上，并且转化稳定性高，产生的co通过后续化学反应即可得到液态烃或碳氢化合物，但是电解温度较高，消耗能量较大，同时较高的温度导致气体的溶解度较低，工业化大规模生产较难实现。
5.浙江大学的专利cn112176360b，报道一种二氧化碳电化学还原制备合成气的方法，采用h型双电化学池反应器，以质子交换膜隔离为阴极室和阳极室；反应前阴极室通入二氧化碳气体；采用三电极体系，以气体扩散电极为工作电极，铂电极为辅助电极，银/氯化银电极为参比电极；气体扩散电极包括气体扩散电极本体，以及负载在气体扩散电极本体
上的二氧化碳电化学还原催化剂；二氧化碳电化学还原催化剂为石墨相氮化碳担载的金基双金属。该方法催化剂的制备成本较高，在实际的工业化应用方面无法得到很好的应用。
6.而值得注意的是，目前针对于二氧化碳电催化还原制备合成气的方法往往采用金银等贵金属以及其他复杂的催化剂制备工艺，同时在电堆的电解液选择上也存在一些问题，以碳酸氢钾作为电解液为例，在阳极反应过程中会产生二氧化碳气体，系统的二氧化碳转化效率较低，增加了反应成本，工业化的实际应用也存在较大的问题，因此如何实现二氧化碳高效转化急需提高工艺技术进行优化。

技术实现要素：

7.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种电催化二氧化碳还原的方法，解决现有技术中二氧化碳电催化还原制备合成气工艺复杂、成本高、二氧化碳转化效率较低的问题。
8.本发明的技术方案是：
9.一种电催化二氧化碳还原的方法，二氧化碳气体和水在电解液中，以银基催化剂实现高效的二氧化碳还原反应，阴极产生一氧化碳和氢气，阳极产生氧气；所述电解液为碳酸氢盐溶液或碱性双氧水。
10.所述方法在电催化二氧化碳还原装置中完成，所述装置包括
11.(1)电化学反应单元，所述电化学反应单元包括阳极室、阳离子隔膜、阴极室和外界直流电源；所述阴极室含有阴极催化电极，所述阴极催化电极由可压缩的基底材料和催化剂组成，所述可压缩的基底材料的为泡沫镍、泡沫钛、泡沫铜、泡沫钴、碳毡、碳布中的一种，所述阴极催化剂为ag、au、zn、n中的一种或多种掺杂的碳纳米管；所述阳极室含有阳极催化电极，所述阳极催化电极为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铜、泡沫钴、泡沫铁镍中的一种或多种；
12.(2)电解液循环装置，包括阴极电解液循环单元和阳极电解液循环单元，所述阴极电解液循环单元接收从所述阴极室电解液并用于所述阴极电解液循环，所述阳极电解液循环单元接收从所述阳极室电解液并用于所述阳极电解液循环；所述电解液为碳酸氢盐溶液或碱性双氧水。
13.阴极催化材料采用浸渍法制备一体化电极材料，包括以下步骤：
14.s1：取醋酸银或者硝酸银固体、醋酸锌或硝酸锌，加入水，配置0.1-0.5mol/l的盐溶液，两种金属离子的摩尔比控制在5：1-5的比例，同时在上述金属溶液中加入炭黑作为导电剂，充分搅拌均匀作为催化浆料，炭黑与金属的质量比为1：1；
15.s2：取ptfe或者pan、pva溶液作为粘合剂，采用乙醇稀释到5％的浓度；
16.s3：采用碳毡作为电极电催化材料的载体，对碳毡进行清洗干燥处理，同时采用模具裁剪成电堆大小，将碳毡固定在多孔的双密封板中待用；
17.s4：将s1所述溶液采用恒压法注入上述碳毡中，反复多次的进行浸渍处理，再采用s2所述的粘合剂进行粘合稳固处理，再进行s1金属溶液恒压浸渍处理，形成层状催化材料；
18.s5：对s4制备的一体化电极进行干燥处理，同时材料5％的氢氩混气在300-400℃环境下处理3h，制备zn
x
agyoz/cf作为反应的阴极材料。
19.所述的阳极材料采用泡沫镍或者ldh负载的泡沫镍，阳极电解液0.1mol/l的碳酸
氢盐通过蠕动泵以100l/min的速度进入电化学反应单元，所述的碳酸氢盐电解液的ph控制在6-7之间，阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa；阴极电解液为0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵进入电化学反应单元，同时通入二氧化碳气体，气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。
20.阳极和阴极尾气通入1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐分别补充到阳极和阴极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阳极和阴极电堆溶液的盐浓度。
21.进一步的，阳极电解液为碱性双氧水溶液，阳极反应，采用蠕动泵将碱性双氧水输入到阳极室在通电条件下进行化学反应，产生水和氧气从阳极室出口端输出；阴极反应，水采用蠕动泵进行加入，同时采用质量流量计控制二氧化碳的气体流速，同时在气体进电堆前采用水对其进行润湿，达到气液的充分溶解。
22.碱性双氧水的ph在10-12的范围，浓度为10-40％；阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa；水的流速控制与阳极碱性双氧水的流速比例为1：1-2；二氧化碳气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。阳极的电解液采用碱性双氧水或者氢氧化钠溶液，若氧需求量大采用碱性双氧水，否则选择氢氧化钠溶液作为阳极电解液。
23.电化学反应单元内反应温度为10℃～35℃，反应压力为0.01mpa～0.1mpa，反应槽压为1.2～2.5v。
24.在电堆通电前对电堆进行10min的无电压润湿，润湿完成后进行增加电压进行二氧化碳的电化学还原，采用恒电流或者恒电压法进行还原，所述的恒电流为5a、10a、15a、30a，所述的恒电压为0.6-2.1v。
25.所述阴极电解液循环单元和阳极电解液循环单元分别包括阴极原料补充单元和阳极原料补充单元以维持所述电解液循环单元中电解液浓度的恒定。
26.本发明的有益效果：
27.1、以银锌为活性中心，阴极材料一体化电极的制备，二氧化碳转化率更高，实现高效的二氧化碳转化制备合成气。同时一氧化碳的法拉第效率更高，电堆的设计使其可以长时间稳定运行。
28.2、阳极双氧水电解液的使用，减少了无用气体的排放，产生的水和氧气为无害物质，氧气直接作为原料用于双氧水的生产，阴极产生的合成气直接输送到甲醇生产车间用于甲醇的生产原料。
29.3、阳极双氧水电解液的使用，其理论电压为0.77-0.88v，相较于其他电解液(碳酸氢根：1.23～1.33v，水：1.23-1.33v，氢氧根：1.23-1.33v)双氧水作为电解液其理论电压更低。
30.4、碳酸氢盐可以是碳酸氢钠、碳酸氢钾，其作为电解液的使用，降低了反应成本，同时实现稳定长时间运行。
附图说明
31.图1为二氧化碳还原整体工艺流程图(碱性双氧水电解液)；
32.其中：1-碱性双氧水储罐，2-双氧水蠕动泵，3-阳极罐，4-阳极循环泵，5-二氧化碳还原电堆，6-阳极液循环管道，7-氧气排出管道，8-阳极液排出管道，9-二氧化碳储罐，10-质量流量计，11-水储罐，12-输水泵，13-阴极罐，14-阴极循环泵，15-阴极液循环管道，16-阴极液排出管道，17-气体截止阀，18-气相谱，19-合成气输出管道，20-双氧水蠕动泵压力表，21-阳极液ph检测计，22-阳极罐温度传感器，23-阳极罐压力传感器，24-阳极液循环泵压力表，25-二氧化碳压力表，26-补水泵压力表，27-阴极液ph检测计，28-阴极罐温度传感器，29-阴极罐压力传感器，30-阴极液循环泵压力表，31-压力表；
33.图2为二氧化碳还原整体工艺流程图(碳酸氢盐电解液)；
34.其中：1-水输送泵，2-阴极电解液缓存罐，3-阴极罐压力表，4-阴极罐温度表，5-阴极液输送泵，6-气体温度传感器，7-气体管路压力表，8-截止阀，9-阴极液输送管道压力表，10-二氧化碳还原电堆，11-阳极液输送泵，12-阳极电解液缓存罐，13-阳极罐压力表，14-阳极罐温度表，15-阳极补液泵，16-碳酸盐储存罐，17-补碱泵，18-碱储罐，19-气相谱；
35.图3为恒压催化剂制备过程图；
36.其中：1-进料口，2-多孔固定槽板，3-催化剂载体，4-出料口。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
38.实施例1:
39.采用浸渍法将银溶液负载到碳毡上，作为电堆的阴极催化材料，阳极材料采用泡沫镍作为催化材料，阴阳极单元采用阳离子膜进行分隔，组装到二氧化碳电催化还原电堆阴阳极模块中，接着组装电堆组件，将水循环储罐以及气体钢瓶连接到阴极电堆端口，阳极采用碱性双氧水作为电解液连接到电堆的阳极进料端口，同时连接阴阳极出料端口，控制碱性双氧水的ph在10-12的范围，双氧水的浓度为10-40％，水的流速控制与阳极碱性双氧水的流速比例为1：1-2，气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速。二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％，在接通电堆电之前润湿10min，进行通电，，同时每隔10min采集混合气体测定气体组成，尾气采用氢氧化钠吸收过量的二氧化碳气体进行吸收处理。
40.实施例2:
41.采用浸渍法将银和锌溶液负载到碳毡上，作为电堆的阴极催化材料，阳极材料采用泡沫镍作为催化材料，阴阳极单元采用阳离子膜进行分隔，组装到二氧化碳电催化还原电堆阴阳极模块中，接着组装电堆组件，将水循环储罐以及气体钢瓶连接到阴极电堆端口，阳极采用碱性双氧水作为电解液连接到电堆的阳极进料端口，同时连接阴阳极出料端口，控制碱性双氧水的ph在10-12的范围，双氧水的浓度为10-40％，水的流速控制与阳极碱性双氧水的流速比例为1：1-2，气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速。二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％，在接通电堆电之前润湿10min，进行通电，，同时每隔10min采集混合气体测定气体组成，尾气采用碱对过量的二氧化碳气体进行吸收处理。
42.实施例3:
43.采用浸渍法将银和锌溶液负载到碳毡上，在对碳毡进行5％的氢气氛围中煅烧，制
备zn9ag1o1/cf作为电堆的阴极催化材料，阳极材料采用泡沫镍作为催化材料，阴阳极单元采用阳离子膜进行分隔，组装到二氧化碳电催化还原电堆阴阳极模块中，接着组装电堆组件，将水循环储罐以及气体钢瓶连接到阴极电堆端口，阳极采用碱性双氧水作为电解液连接到电堆的阳极进料端口，同时连接阴阳极出料端口，控制碱性双氧水的ph在10-12的范围，双氧水的浓度为10-40％，水的流速控制与阳极碱性双氧水的流速比例为1：1-2，气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速。二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％，在接通电堆电之前润湿10min，进行通电，，同时每隔10min采集混合气体测定气体组成，尾气采用碱对过量的二氧化碳气体进行吸收处理。
44.实施例4:
45.采用浸渍法将银和锌溶液负载到碳毡上，在对碳毡进行5％的氢气氛围中煅烧，制备zn8ag2o1/cf作为电堆的阴极催化材料，阳极材料采用ldh(双金属氢氧化物)负载到泡沫镍作为催化材料，阴阳极单元采用阳离子膜进行分隔，组装到二氧化碳电催化还原电堆阴阳极模块中，接着组装电堆组件，将水循环储罐以及气体钢瓶连接到阴极电堆端口，阳极采用碱性双氧水作为电解液连接到电堆的阳极进料端口，同时连接阴阳极出料端口，控制碱性双氧水的ph在10-12的范围，双氧水的浓度为10-40％，水的流速控制与阳极碱性双氧水的流速比例为1：1-2，气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速。二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％，在接通电堆电之前润湿10min，进行通电，，同时每隔10min采集混合气体测定气体组成，尾气采用碱对过量的二氧化碳气体进行吸收处理。
46.实施例5
47.ag/cf电极制备，阴极采用银作为活性金属，取一定量的醋酸银(或者硝酸银)固体加入一定量的水，配置0.1-0.5mol/l的盐溶液同时在上述金属溶液中加入炭黑作为导电剂，充分搅拌均匀作为催化浆料，炭黑与金属的质量比为1：1。采用粘合剂增加金属的稳定性，取一定量的ptfe(或者pan、pva)溶液作为粘合剂，采用乙醇稀释到5％的浓度。采用碳毡作为电极电催化材料的载体，对碳毡进行清洗干燥处理，同时采用模具裁剪成电堆大小，将碳毡固定在多孔的双密封板中待用。恒压法将浆料注入上述碳毡中，反复多次的进行浸渍处理，再采用粘合剂进行粘合稳固处理，再进行浆料恒压浸渍处理，形成层状催化材料。制备的一体化电极进行干燥处理，同时材料5％的氢氩混气在300-400℃环境下处理3h，制备zn7ag3o1/cf作为反应的阴极材料。
48.二氧化碳电化学还原电堆的运行：
49.阳极：0.1mol/l的碳酸氢钠通过蠕动泵以100l/min的速度进入反应电堆，电堆阳极材料采用泡沫镍或者ldh负载的泡沫镍作为阳极材料。电解液的ph控制在6-7之间，阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa。
50.阳极出料口通入1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐补充到阳极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阳极电堆溶液的盐浓度。
51.阴极：阴极电解液为0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵进入反应电堆，同时通入二氧化碳气体。气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。阴极反应完成的气体一部进入谱进行组
分分析，进入谱的气速小于80ml/min，尾气通过1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐补充到阴极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阴极电堆溶液的盐浓度。
52.在电堆通电前对电堆进行10min的无电压润湿，润湿完成后进行增加电压进行二氧化碳的电化学还原。采用恒电流或者恒电压法进行还原，所述的恒电流为5a、10a、15a、30a，所述的恒电压为0.6-2.1v。
53.实施例6
54.zn/cf电极制备，阴极采用锌作为活性金属，取一定量的醋酸锌(或者硝酸锌)固体加入一定量的水，配置0.1-0.5mol/l的盐溶液同时在上述金属溶液中加入炭黑作为导电剂，充分搅拌均匀作为催化浆料，炭黑与金属的质量比为1：1。采用粘合剂增加金属的稳定性，取一定量的ptfe(或者pan、pva)溶液作为粘合剂，采用乙醇稀释到5％的浓度。采用碳毡作为电极电催化材料的载体，对碳毡进行清洗干燥处理，同时采用模具裁剪成电堆大小，将碳毡固定在多孔的双密封板中待用。恒压法将浆料注入上述碳毡中，反复多次的进行浸渍处理，再采用粘合剂进行粘合稳固处理，再进行浆料恒压浸渍处理，形成层状催化材料。制备的一体化电极进行干燥处理，同时材料5％的氢氩混气在300-400℃环境下处理3h，制备zn5ag5o1/cf作为反应的阴极材料。
55.二氧化碳电化学还原电堆的运行：
56.阳极：0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵以100l/min的速度进入反应电堆，电堆阳极材料采用泡沫镍或者ldh负载的泡沫镍作为阳极材料。电解液的ph控制在6-7之间，阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa。
57.阳极出料口通入1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐补充到阳极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阳极电堆溶液的盐浓度。
58.阴极：阴极电解液为0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵进入反应电堆，同时通入二氧化碳气体。气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。阴极反应完成的气体一部进入谱进行组分分析，进入谱的气速小于80ml/min，尾气通过1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐补充到阴极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阴极电堆溶液的盐浓度。
59.在电堆通电前对电堆进行10min的无电压润湿，润湿完成后进行增加电压进行二氧化碳的电化学还原。采用恒电流或者恒电压法进行还原，所述的恒电流为5a、10a、15a、30a，所述的恒电压为0.6-2.1v。
60.实施例7
61.znago/cf电极制备，阴极采用锌银作为活性金属，取一定量的醋酸锌(或者硝酸锌)和醋酸银(或者硝酸锌银)固体加入一定量的水，配置0.1-0.5mol/l的盐溶液同时在上述金属溶液中加入炭黑作为导电剂，充分搅拌均匀作为催化浆料，炭黑与金属的质量比为1：1。采用粘合剂增加金属的稳定性，取一定量的ptfe(或者pan、pva)溶液作为粘合剂，采用乙醇稀释到5％的浓度。采用碳毡作为电极电催化材料的载体，对碳毡进行清洗干燥处理，同时采用模具裁剪成电堆大小，将碳毡固定在多孔的双密封板中待用。恒压法将浆料注入
上述碳毡中，反复多次的进行浸渍处理，再采用粘合剂进行粘合稳固处理，再进行浆料恒压浸渍处理，形成层状催化材料。制备的一体化电极进行干燥处理，同时材料5％的氢氩混气在300-400℃环境下处理3h，制备zn4ag6o1/cf作为反应的阴极材料。
62.二氧化碳电化学还原电堆的运行：
63.阳极：0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵以100l/min的速度进入反应电堆，电堆阳极材料采用泡沫镍或者ldh负载的泡沫镍作为阳极材料。电解液的ph控制在6-7之间，阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa。
64.阳极出料口通入1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐补充到阳极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阳极电堆溶液的盐浓度。
65.阴极：阴极电解液为0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵进入反应电堆，同时通入二氧化碳气体。气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。阴极反应完成的气体一部进入谱进行组分分析，进入谱的气速小于80ml/min，尾气通过1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐补充到阴极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阴极电堆溶液的盐浓度。
66.在电堆通电前对电堆进行10min的无电压润湿，润湿完成后进行增加电压进行二氧化碳的电化学还原。采用恒电流或者恒电压法进行还原，所述的恒电流为5a、10a、15a、30a，所述的恒电压为0.6-2.1v。
67.获得相同的二氧化碳转化率，本发明在相同近的电压下，对应的电流密度更大(工业化生产要求电流密度大于300ma/cm2)
[0068][0069]
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或者相近的设计均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，二氧化碳气体和水在电解液中，以银基催化剂实现高效的二氧化碳还原反应，阴极产生一氧化碳和氢气，阳极产生氧气；所述电解液为碳酸氢盐溶液或碱性双氧水。2.根据权利要求1所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，在电催化二氧化碳还原装置中完成，所述装置包括(1)电化学反应单元，所述电化学反应单元包括阳极室、阳离子隔膜、阴极室和外界直流电源；所述阴极室含有阴极催化电极，所述阴极催化电极由可压缩的基底材料和催化剂组成，所述可压缩的基底材料的为泡沫镍、泡沫钛、泡沫铜、泡沫钴、碳毡、碳布中的一种，所述阴极催化剂为ag、au、zn、n中的一种或多种掺杂的碳纳米管；所述阳极室含有阳极催化电极，所述阳极催化电极为泡沫镍、泡沫铁、泡沫铜、泡沫钴、泡沫铁镍中的一种或多种；(2)电解液循环装置，包括阴极电解液循环单元和阳极电解液循环单元，所述阴极电解液循环单元接收从所述阴极室电解液并用于所述阴极电解液循环，所述阳极电解液循环单元接收从所述阳极室电解液并用于所述阳极电解液循环；所述电解液为碳酸氢盐溶液或碱性双氧水。3.根据权利要求2所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，阴极催化材料采用浸渍法制备一体化电极材料，包括以下步骤：s1：取醋酸银或者硝酸银固体、醋酸锌或硝酸锌，加入水，配置0.1-0.5mol/l的盐溶液，两种金属离子的摩尔比控制在5：1-5的比例，同时在上述金属溶液中加入炭黑作为导电剂，充分搅拌均匀作为催化浆料，炭黑与金属的质量比为1：1；s2：取ptfe或者pan、pva溶液作为粘合剂，采用乙醇稀释到5％的浓度；s3：采用碳毡作为电极电催化材料的载体，对碳毡进行清洗干燥处理，同时采用模具裁剪成电堆大小，将碳毡固定在多孔的双密封板中待用；s4：将s1所述溶液采用恒压法注入上述碳毡中，反复多次的进行浸渍处理，再采用s2所述的粘合剂进行粘合稳固处理，再进行s1金属溶液恒压浸渍处理，形成层状催化材料；s5：对s4制备的一体化电极进行干燥处理，同时材料5％的氢氩混气在300-400℃环境下处理3h，制备zn
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/cf作为反应的阴极材料。4.根据权利要求2所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，所述的阳极材料采用泡沫镍或者ldh负载的泡沫镍，阳极电解液0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵以100l/min的速度进入电化学反应单元，所述的碳酸氢盐电解液的ph控制在6-7之间，阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa；阴极电解液为0.1mol/l的碳酸氢盐通过蠕动泵进入电化学反应单元，同时通入二氧化碳气体，气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。5.根据权利要求4所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，阳极和阴极尾气通入1mol/l的碱溶液中对二氧化碳气体进行吸收处理，吸收完得碳酸氢盐分别补充到阳极和阴极电堆中作为电解液，同时采用蠕动泵控制进行补水，维持阳极和阴极电堆溶液的盐浓度。6.根据权利要求2所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，阳极电解液为碱性双氧水溶液，阳极反应，采用蠕动泵将碱性双氧水输入到阳极室在通电条件下进行化学反应，产生水和氧气从阳极室出口端输出；阴极反应，水采用蠕动泵进行加入，同时采用质量流量计控制二氧化碳的气体流速，同时在气体进电堆前采用水对其进行润湿，达到气液的充分
溶解。7.根据权利要求6所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，碱性双氧水的ph在10-12的范围，浓度为10-40％；阳极的进料温度为20-30℃，进料压力为40-60kpa；水的流速控制与阳极碱性双氧水的流速比例为1：1-2；二氧化碳气体的流速按照1l/min：100-200l/min液体流速，二氧化碳压力为0.1～0.3mpa，二氧化碳体积百分浓度为20％～100％。8.根据权利要求2所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，电化学反应单元内反应温度为10℃～35℃，反应压力为0.01mpa～0.1mpa，反应槽压为1.2～2.5v。9.根据权利要求2所述电催化二氧化碳还原的方法，其特征在于，所述阴极电解液循环单元和阳极电解液循环单元分别包括阴极原料补充单元和阳极原料补充单元以维持所述电解液循环单元中电解液浓度的恒定。

技术总结

本发明公开了一种电催化二氧化碳还原的方法，二氧化碳气体和水在电解液中，以银基催化剂实现高效的二氧化碳还原反应，阴极产生一氧化碳和氢气，阳极产生氧气；所述电解液为碳酸氢盐溶液或碱性双氧水。本发明以银锌为活性中心，阴极材料一体化电极的制备，二氧化碳转化率更高，实现高效的二氧化碳转化制备合成气。同时一氧化碳的法拉第效率更高，电堆的设计使其可以长时间稳定运行。计使其可以长时间稳定运行。计使其可以长时间稳定运行。