本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種礦化CO2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，其內(nèi)容包括將陰離子交換膜置于電解槽中，使電解槽分為正極區(qū)和負(fù)極區(qū)，在負(fù)極區(qū)內(nèi)加入礦化原料以及負(fù)極電極液，同時充入二氧化碳?xì)怏w，正極區(qū)加入正極電極液，在正極電極和負(fù)極電極之間施加直流電源，負(fù)極電極將負(fù)極電解液中的氫離子還原為氫氣，使得溶液中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸根或碳酸氫根，并與礦化原料中的陽離子反應(yīng)，從而實現(xiàn)CO2的礦化，并得到礦化產(chǎn)物，礦化原料中的陰離子在電流作用下透過陰離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，與正極電極產(chǎn)生的氫離子結(jié)合生成強(qiáng)酸。本發(fā)明專利技術(shù)具可在常溫常壓進(jìn)行，具有過程簡單，能耗低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)特點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及CO2礦化減排聯(lián)產(chǎn)化工產(chǎn)品技術(shù)，更為具體地說，是涉及一種礦化CO2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法。
技術(shù)介紹
地球氣候主要由自然因素所主導(dǎo)，但是工業(yè)革命以來，人類活動排放的、以CO2為主的溫室氣體已成為影響全球氣候變化的主要因素。中國2009年碳排放總量達(dá)68. 8億噸，約占世界碳排放總量的23. 7%，相比1990年增長206. 5%，已成為全球最大的碳排放國家。預(yù)計到2015年之前二氧化碳排放量的年均增長率為5.4%，2015年到2030年期間為3.3%，2030年中國的排放量將達(dá)到114億噸，限制溫室氣體排放已成為全球的共識。但據(jù)估計2005年到2030年間，煤、石油、天然氣等化石燃料仍將是一次能源的主要來源，并在能源需求增長總量中占到84%，即便在一個較低的增速下，預(yù)計到2035年全球CO2排放量也 將達(dá)到354億噸，化石燃料消耗產(chǎn)生的CO2將持續(xù)增長。因此，末端的去碳的CO2捕捉封存技術(shù)(CCS)已成為實現(xiàn)CO2減排的主要途徑。傳統(tǒng)的CCS技術(shù)是以將CO2從排放量大的排放源捕獲并永久封存在目標(biāo)地層為目的，其工藝包括將CO2從排放源中分離提純、運(yùn)輸?shù)椒獯鎴觥⑦M(jìn)行地下封存等3個環(huán)節(jié)。在其整個過程中，沒有產(chǎn)生新的有價值的產(chǎn)品，是一個純投入的無經(jīng)濟(jì)效益的環(huán)保技術(shù)，并且在技術(shù)實施過程中，也需要消耗大量能源，從而導(dǎo)致新的CO2排放。此外，CO2地下封存存在諸多的不確定性和潛在的風(fēng)險，如地質(zhì)封存的目標(biāo)地層深度一般超過1000米，CO2注入以后，會與地層中原有的巖石、地下水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并持續(xù)地增加地層孔隙的壓力，這勢必將破壞地層原有的應(yīng)力、溫度、滲透壓力等物理化學(xué)平衡狀態(tài)；同時，地層在較高的孔隙壓力情況下，巖體內(nèi)儲存了大量彈性勢能，很有可能誘發(fā)地震；此外，CO2氣體可能會沿斷層或儲層上方的蓋層裂隙滲透而發(fā)生泄露。因此，為了更高效、經(jīng)濟(jì)地減排CO2，變廢為寶，0)2減排研究現(xiàn)在主要著眼于CO2捕捉利用(CXU)，而不僅僅是捕獲和儲存。CXU是一種將CO2作為資源來利用，將其轉(zhuǎn)化為高附加值化工產(chǎn)品進(jìn)而實現(xiàn)CO2利用與減排的方法。但目前，對CCU技術(shù)的推廣應(yīng)用普遍存在兩大質(zhì)疑和瓶頸問題(I) CO2利用的容量太小，能夠消耗的CO2太少；(2)CXU過程的能耗高，成本高。因此，專利技術(shù)人開創(chuàng)性地提出了 CO2礦化利用(CMU)的新思路和新途徑，即利用礦物礦化CO2,同時獲取高附加值的化工產(chǎn)品。專利技術(shù)人在CO2礦化利用領(lǐng)域已進(jìn)行了比較深入的研究，先后開發(fā)完成了“聯(lián)產(chǎn)富鉀溶液的CO2礦化方法”、“高溫法聯(lián)產(chǎn)富鉀溶液的CO2礦化方法”以及“催化法聯(lián)產(chǎn)富鉀溶液的CO2礦化方法”，在CO2礦化過程中聯(lián)產(chǎn)富鉀溶液，為CO2礦化減排和鉀肥的生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)。這些方法已申請了中國專利技術(shù)專利。但由于選用了非常穩(wěn)定的硅酸鹽作為原料，硅酸鹽很難與弱酸性的CO2反應(yīng)，這使得現(xiàn)有CO2礦化利用方法需要在高溫高壓下才能進(jìn)行，能耗很高，工藝流程長。為了使得CO2礦化利用技術(shù)能夠大規(guī)模推廣，CO2減排工程迫切需要開發(fā)一種新的CO2礦化利用方法，以能夠在常溫常壓下高效礦化CO2,并生產(chǎn)出高附加值的化工產(chǎn)品。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有CO2礦化技術(shù)的不足，本專利技術(shù)采用可溶性的硫酸鎂、硝酸鎂、硝酸鈣等鈣、鎂鹽為原料，提出了一種能在常溫常壓下實現(xiàn)CO2高效礦化，并且聯(lián)產(chǎn)高附加值的硫酸、硝酸等強(qiáng)酸的方法，以解決現(xiàn)有CO2礦化利用方法存在的工藝流程長，能源消耗較高等問題。本專利技術(shù)的基本思路是通過在膜電解的過程中進(jìn)行CO2礦化反應(yīng)，使得膜電解過程與CO2礦化相互促進(jìn)，在低電壓、常溫常壓下實現(xiàn)直接利用可溶性的鈣、鎂鹽礦化CO2制取強(qiáng)酸。本專利技術(shù)提供的礦化0)2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，其主要內(nèi)容為將陰離子交換膜置于電解槽中，使電解槽分為正極和負(fù)極兩個區(qū)域，在負(fù)極區(qū)內(nèi)加入礦化原料以及負(fù)極電極液，同時充入二氧化碳?xì)怏w，正極區(qū)加入正極電極液，在正極電極和負(fù)極電極之間施加直流電源，負(fù)極電極將負(fù)極電解液中的氫離子還原為氫氣，使得溶液中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸 根或碳酸氫根，并與礦化原料中的陽離子反應(yīng)，從而礦化CO2,并得到礦化產(chǎn)物，礦化原料中的陰離子在電流作用下透過陰離子交換膜，與正極電極產(chǎn)生的氫離子結(jié)合生成強(qiáng)酸。上述技術(shù)方案中，所述的礦化原料為硝酸鎂、硝酸和硫酸鎂中的至少一種。上述技術(shù)方案中，所述的負(fù)極電極液可為濃度為0. lmol/L I mol/L的硫酸鈉溶液、0. lmol/L I mol/L的硝酸鈉溶液或純水。正極電極液可為硫酸和硝酸中的至少一種。上述技術(shù)方案中，所述的礦化產(chǎn)物為粉體碳酸鈣或碳酸氫鎂溶液。碳酸氫鎂溶液可通過加熱至90°c或更高的溫度轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)碳酸鎂。上述技術(shù)方案中，所述正極電極產(chǎn)生的氫離子由氣體擴(kuò)散電極氧化氫氣所產(chǎn)生，也可由金屬鉬電極氧化電解液過程中消耗溶液中的氫氧根所產(chǎn)生。氣體擴(kuò)散電極氧化的氫氣來自于負(fù)極電極所產(chǎn)生的氫氣，當(dāng)然，也可來源于其它地方。上述技術(shù)方案中，所述的負(fù)極電極材料可為金屬鉬、金屬鈀或金屬鎳。本專利技術(shù)提出的礦化CO2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，解決了現(xiàn)有鈣、鎂鹽礦化CO2工藝流程長，能耗高的缺點。使用氣體擴(kuò)散電極作為正極，僅需0. 8V的電壓便可進(jìn)行礦化反應(yīng)，并且在常溫常壓下便可進(jìn)行，過程簡單，能耗低，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。相比其它礦化反應(yīng)，該方法更加高效，轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%。制取的硫酸或硝酸是重要的化工產(chǎn)品，價格很高。另外，礦化產(chǎn)物粉體碳酸鈣和輕質(zhì)碳酸鎂是十分重要的化工原料，尤其是輕質(zhì)碳酸鎂，附加值很高。這一方法的提出，為CO2減排在經(jīng)濟(jì)上可行提出了一種可能的方法。附圖說明圖I為正極電極采用氣體擴(kuò)散電極時，硫酸鎂礦化CO2聯(lián)產(chǎn)硫酸的膜電解方法示意2為正極電極采用氣體擴(kuò)散電極時，硝酸鈣礦化CO2聯(lián)產(chǎn)硝酸的膜電解方法示意3為正極電極采用金屬電極時，硝酸鎂礦化CO2聯(lián)產(chǎn)硝酸的膜電解方法示意圖I-氣體擴(kuò)散電極(正極)，2-陰離子交換膜，3-負(fù)極金屬電極，4-氫氣緩沖罐，5—金屬鉬電極(正極)具體實施例方式下面結(jié)合附圖，通過實施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。有必要指出的是，以下實施例只用于對本專利技術(shù)做進(jìn)一步的說明，不能理解為對本專利技術(shù)保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)熟悉人員根據(jù)上述
技術(shù)實現(xiàn)思路
，對本專利技術(shù)做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整進(jìn)行具體實施，是非常容易做到的，因此，這樣的改進(jìn)與調(diào)整應(yīng)仍屬于本專利技術(shù)的保護(hù)范圍。實施實例I本實施例的礦化過程如附圖I所示。電解槽由只允許陰離子透過，而能阻止陽離子透過的陰離子交換膜2分隔為正負(fù)兩個區(qū)域。加入0. 2mol/L的硫酸溶液至正極區(qū)電解槽中作為正極電解液，加入0. 5 mol/L的硫酸鈉溶液至負(fù)極區(qū)電解槽中作為負(fù)極電解液。正極電極采用氣體擴(kuò)散電極1，負(fù)極電極采用鉬電極3。將IOg七水合硫酸鎂加入負(fù)極電解液中，在負(fù)極區(qū)電解槽底部鼓泡通入的CO2流量為20 ml/min，將負(fù)極電極產(chǎn)生的氫氣收集并進(jìn)入緩沖罐4，來自緩沖罐中的氫氣通入氣體擴(kuò)散電極，在I. 5V的電壓下，進(jìn)行電解反應(yīng)Ih。將負(fù)極得到的溶液在95°C的條件下加熱10 min，得到CO2礦化產(chǎn)物輕質(zhì)碳酸鎂。正極電極液中的硫酸濃度提高至0. 7 mol/L。生產(chǎn)碳酸鎂的電流效率為94. 1%，生產(chǎn)硫酸的電流效率為94. 2%。實施實例2本實施例的礦化過程如附圖2所示。電解槽由只允許陰離本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種礦化CO2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，其特征在于：將陰離子交換膜置于電解槽中，使電解槽分為正極區(qū)和負(fù)極區(qū)，在負(fù)極區(qū)內(nèi)加入礦化原料以及負(fù)極電極液，同時充入二氧化碳?xì)怏w，正極區(qū)加入正極電極液，在正極電極和負(fù)極電極之間施加直流電源，負(fù)極電極將負(fù)極電解液中的氫離子還原為氫氣，使得溶液中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸根或碳酸氫根，并與礦化原料中的陽離子反應(yīng)，從而實現(xiàn)CO2的礦化，并得到礦化產(chǎn)物，礦化原料中的陰離子在電流作用下透過陰離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，與正極電極產(chǎn)生的氫離子結(jié)合生成強(qiáng)酸。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種礦化CO2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，其特征在于將陰離子交換膜置于電解槽中， 使電解槽分為正極區(qū)和負(fù)極區(qū)，在負(fù)極區(qū)內(nèi)加入礦化原料以及負(fù)極電極液，同時充入二氧化碳?xì)怏w，正極區(qū)加入正極電極液，在正極電極和負(fù)極電極之間施加直流電源，負(fù)極電極將負(fù)極電解液中的氫離子還原為氫氣，使得溶液中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸根或碳酸氫根，并與礦化原料中的陽離子反應(yīng)，從而實現(xiàn)CO2的礦化，并得到礦化產(chǎn)物，礦化原料中的陰離子在電流作用下透過陰離子交換膜進(jìn)入正極區(qū)，與正極電極產(chǎn)生的氫離子結(jié)合生成強(qiáng)酸。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦化CO2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，其特征在于所述的礦化原料為硝酸鎂、硝酸鈣和硫酸鎂中的至少一種。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦化0)2聯(lián)產(chǎn)強(qiáng)酸的膜電解方法，其特征在于所述的負(fù)極電極液為濃度為O. lmol/L I mol/L的硫酸鈉溶液、O. lmol/L I mol/L的硝酸鈉溶液或純水。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦化0)2聯(lián)產(chǎn)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：謝和平，王昱飛，劉濤，江文，
申請(專利權(quán))人：四川大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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