烟道气电化学捕集与转化成套装备与技术
成果类型:: 新技术
发布时间: 2023-08-04 14:56:51
项目团队创新提出烟道气电化学捕集耦合转化的思路,通过捕集剂组分设计、电催化剂创制、催化界面调控以及原型电化学反应器开发,实现烟道气高效电催化转化与应用示范。对于捕集剂组分设计,本项目采用氢氧化物(MOH, M = Li+, Na+, K+和Cs+)和胺类试剂(如乙醇胺)作为复配捕集剂,兼顾高的捕集量和传荷效率;对于电催化剂创制,设计开发基于商用多孔金属,如泡沫银、铜及纳米粉末,利用湿化学或电化学刻蚀的方法,形成多级纳米结构,增强活性位点数量以及传质,提高一氧化碳、乙烯和乙醇等碳基产物的选择性;对于催化界面调控,通过催化剂与隔膜界面结构设计,在工况下原位脱附二氧化碳并完成催化转化,提升二氧化碳的利用效率;对于电化学反应器开发,开发了功率不小于1千瓦的电化学反应器,二氧化碳的单程利用率大于70%,在工业级电流密度下(> 200 mA cm-2)的碳基产物的法拉第效率大于60%,反应器稳定运行超过1000小时。
伴随着环境污染以及能源危机等问题的日益加剧,利用电催化二氧化碳还原制备碳的相关产物这一技术受到了广泛的关注,这也是我国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”目标的部分内容。鉴于碳捕获的高昂成本,直接以烟道气作为原料、通过电催化还原反应高效转化烟道气中的二氧化碳有望成为烟道气利用的重要途径,也是重大挑战。本项目发现的方法,将实现烟道气的碳元素有效循环。
工业类烟道气高效电催化转化为一氧化碳、合成气、甲酸、乙烯、乙醇和乙酸等基础化学品,进一步结合热催化转化、微生物发酵等技术,将其转化为长链多碳的高价值可再生化学品或者燃料,最终排出的CO2再被捕集,实现燃料合成-燃烧-碳排放-燃料合成的碳元素有效循环。
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