CN109082677A - 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用 - Google Patents

一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN109082677A
CN109082677A CN201811055264.1A CN201811055264A CN109082677A CN 109082677 A CN109082677 A CN 109082677A CN 201811055264 A CN201811055264 A CN 201811055264A CN 109082677 A CN109082677 A CN 109082677A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite alkene
bipolar membrane
area load
water decomposition
application
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811055264.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109082677B (zh
Inventor
刘宪
宋秀丽
李晓静
文斌
韩艳娇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan Normal University
Original Assignee
Taiyuan Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan Normal University filed Critical Taiyuan Normal University
Priority to CN201811055264.1A priority Critical patent/CN109082677B/zh
Publication of CN109082677A publication Critical patent/CN109082677A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109082677B publication Critical patent/CN109082677B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/50—Processes
    • C25B1/55—Photoelectrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
    • C25B13/08—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material based on organic materials
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本发明公开了一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，是以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜，其中表面负载石墨炔的双极膜是由阳离子交换膜层，阴离子交换膜层，以及在阳离子交换膜层和阴离子交换膜层两外侧表面的石墨炔层复合而成。本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中，能够阻止电解液中的Na+、Cu2+、Cl‑、SO4 2‑、C6H6、CCl4通过，但可以透过水分子，有利于促进双极膜中间界面层水解离，另外本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中，坚实的石墨炔层负载于双极膜两侧，不仅提高了双极膜的化学稳定性，而且其杨氏模量、拉升强度等机械性能也获得提高。

Description

一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用
技术领域
本发明涉及一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，具体地说，是一种光电催化双极膜在水解离应用中的技术方案。
背景技术
双极膜是由阳离子交换膜层、阴离子交换膜层和中间界面层组成，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，生成氢离子和氢氧根离子并分别进入阴、阳极室。双极膜中间界面层水解离效率的大小是度量双极膜性能优越性的关键因素之一，因此，提高中间界面层水解离效率就尤为重要。在双极膜水解离装置中，双极膜通常被机械地固定在阴、阳极室之间，很容易引起双极膜受力不均而变形，导致双极膜的工作寿命缩短。另外，在双极膜水解离过程中产生大量的氢离子和氢氧根离子，使得阴、阳极室的pH会不断变化，这就要求双极膜能在不同pH范围的电解液中工作。而且电解液中含有大量的盐离子，有机物等有害物质，极易对双极膜造成污染，导致双极膜性能下降。
发明内容
本发明主要针对现有技术中双极膜水解离效率低、水解离电压大，双极膜的工作寿命短，容易被电解液污染等缺点，提供一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用。
本发明为解决上述问题而采取的技术方案为：
一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜，其中表面负载石墨炔的双极膜是由阳离子交换膜层，阴离子交换膜层，以及在阳离子交换膜层和阴离子交换膜层两外侧表面的石墨炔层复合而成。
作为本发明的一种优选实施方式，本发明所述配制无机盐溶液和有机溶剂的混合电解液，金属及其氧化物作为阳极，半导体材料及过渡金属氧化物作为阴极，采用直流稳压电源提供外加电压0.5～2.0V，350W氙灯作为光源，在光电催化作用下进行水解离。
作为本发明的一种优选实施方式，本发明所述的石墨炔层是由1,3-二炔键将苯环共轭连接形成的具有二维平面网络结构的全碳高分子，具有三角形原子孔，单原子厚的网状纤维结构,其有效孔径为
作为本发明的一种优选实施方式，本发明所述的无机盐溶液和有机溶剂的混合电解液的成分是浓度均为0.5-1.0mol L-1的NaCl、CuSO4、C6H6、CCl4的混合溶液。
作为本发明的一种优选实施方式，本发明所述的金属及其氧化物是钛基氧化物、Pt或者Pd中的一种。
作为本发明的一种优选实施方式，本发明所述的半导体材料及过渡金属氧化物为C3N4，BiOCl，Bi2O2CO3,BiOBr，MoS2,MoSe2,WS2,WSe2,ZnO，Cu2O，CuO，TiO2,WO3中的一种或几种任意比例的组合。
本发明双层膜的总厚度为60-100nm；
本发明所述的双极膜表面负载的石墨炔层的厚度为0.5-2.0μm。
所述的双极膜表面负载的石墨炔层能够阻止Na+、Cu2+、Cl-、SO4 2-、C6H6、CCl4通过，但可以透过水分子。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中，能够阻止电解液中的Na+、Cu2+、Cl-、SO4 2-、C6H6、CCl4通过，但可以透过水分子，有利于促进双极膜中间界面层水解离。
2、本发明采用表面负载石墨炔的双极膜进行水解离，石墨炔良好的导电性能有利于降低双极膜水解离电压，节约了能耗。
3、本发明采用表面负载石墨炔的双极膜进行水解离，使双极膜不与电解液直接接触，避免了电解液中盐离子，有机物等有害物质对双极膜造成污染，导致双极膜性能下降。
4、本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中，坚实的石墨炔层负载于双极膜两侧，不仅提高了双极膜的化学稳定性，而且其杨氏模量、拉升强度等机械性能也获得提高。
5、本发明表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中，采用石墨炔负载于双极膜两侧，化学性能稳定的碳材料石墨炔能够适应不同pH范围的电解液，有利于延长双极膜的工作寿命。
6、本发明将表面负载石墨炔的双极膜应用于水解离中，在电流密度为90mAcm-2下，水解离电压相对于未负载石墨炔层的双极膜降低了0.2-1.2V，水解离效率提高了5.3％-29.4％，使用寿命提高了3-5倍。
附图说明
附图1是放大的双极膜结构以及在无机盐溶液和有机溶剂混合电解液中的水解离示意图。
双极膜由石墨炔膜1、阴离子交换膜2、阳离子交换膜3和中间界面层4组成，在直流电场作用下，双极膜中间界面层的水发生解离，生成H+和OH-离子。电解液中的水分子可以透过石墨炔膜进入到双极膜中间界面层，及时补充消耗掉的水，但Na+、Cu2+、Cl-、SO4 2-、C6H6、CCl4等不能透过石墨炔膜进入。
具体实施方式
实施例1
以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜，配制0.5mol L-1的NaCl、CuSO4、C6H6、CCl4的混合电解液，钛基氧化物作为阳极，Bi2O2CO3作为阴极，采用直流稳压电源提供外加电压1.0V，350W氙灯作为光源，在光电催化作用下进行水解离。对双极膜的水解离电压、水解离效率，以及双极膜的使用寿命进行研究。
实验结果显示，采用负载石墨炔层的双极膜进行水解离，在电流密度为60mAcm-2下，水解离电压相对于未负载石墨炔层的双极膜降低了0.4V，水解离效率提高了13.4％，使用寿命提高了3.2倍。
实施例2
以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜，配制0.8mol L-1的NaCl、CuSO4、C6H6、CCl4的混合电解液，Pt作为阳极，MoS2作为阴极，采用直流稳压电源提供外加电压1.2V，350W氙灯作为光源，在光电催化作用下进行水解离。对双极膜的水解离电压、水解离效率，以及双极膜的使用寿命进行研究。
实验结果显示，采用负载石墨炔层的双极膜进行水解离，在电流密度为80mAcm-2下，水解离电压相对于未负载石墨炔层的双极膜降低了0.6V，水解离效率提高了17.2％，使用寿命提高了3.6倍。
实施例3
以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜，配制1.0mol L-1的NaCl、CuSO4、C6H6、CCl4的混合电解液，Pd作为阳极，MoS2/WS2复合材料作为阴极，采用直流稳压电源提供外加电压1.5V，350W氙灯作为光源，在光电催化作用下进行水解离。对双极膜的水解离电压、水解离效率，以及双极膜的使用寿命进行研究。
实验结果显示，采用负载石墨炔层的双极膜进行水解离，在电流密度为90mAcm-2下，水解离电压相对于未负载石墨炔层的双极膜降低了0.65V，水解离效率提高了18.6％，使用寿命提高了4.2倍。

Claims (6)

1.一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，其特征是以表面负载石墨炔的双极膜作为阴极室和阳极室的隔膜，其中表面负载石墨炔的双极膜是由阳离子交换膜层，阴离子交换膜层，以及在阳离子交换膜层和阴离子交换膜层两外侧表面的石墨炔层复合而成。
2.权利要求1所述的表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，其特征是配制无机盐溶液和有机溶剂的混合电解液，金属及其氧化物作为阳极，半导体材料及过渡金属氧化物作为阴极，采用直流稳压电源提供外加电压0.5～2.0V，350W氙灯作为光源，在光电催化作用下进行水解离。
3.权利要求1所述的表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，其特征是所述的石墨炔层是由1,3-二炔键将苯环共轭连接形成的具有二维平面网络结构的全碳高分子，具有三角形原子孔，单原子厚的网状纤维结构,其有效孔径为
4.根据权利要求2所述的表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，其特征是所述的无机盐溶液和有机溶剂的混合电解液的成分是浓度均为0.5-1.0mol L-1的NaCl、CuSO4、C6H6、CCl4的混合溶液。
5.根据权利要求2所述的表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，其特征是所述的金属及其氧化物是钛基氧化物、Pt或者Pd中的一种。
6.根据权利要求2所述的表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用，其特征是所述的半导体材料及过渡金属氧化物为C3N4，BiOCl，Bi2O2CO3,BiOBr，MoS2,MoSe2,WS2,WSe2,ZnO，Cu2O，CuO，TiO2,WO3中的一种或几种任意比例的组合。
CN201811055264.1A 2018-09-11 2018-09-11 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用 Active CN109082677B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811055264.1A CN109082677B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811055264.1A CN109082677B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109082677A true CN109082677A (zh) 2018-12-25
CN109082677B CN109082677B (zh) 2019-09-03

Family

ID=64841062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811055264.1A Active CN109082677B (zh) 2018-09-11 2018-09-11 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109082677B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110487864A (zh) * 2019-09-03 2019-11-22 中南大学 一种水体中氯离子浓度的光电化学检测方法
CN111495351A (zh) * 2019-12-31 2020-08-07 青岛科技大学 一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法
CN113299893A (zh) * 2021-05-22 2021-08-24 信阳师范学院 一种二硫化钼@石墨炔复合材料、制备方法和应用

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107012475A (zh) * 2017-04-24 2017-08-04 太原师范学院 一种双极膜表面粉末态光催化剂在水分解中的应用

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107012475A (zh) * 2017-04-24 2017-08-04 太原师范学院 一种双极膜表面粉末态光催化剂在水分解中的应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄长水 等: "二维碳石墨炔的结构及其在能源领域的应用", 《二维碳石墨炔的结构及其在能源领域的应用》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110487864A (zh) * 2019-09-03 2019-11-22 中南大学 一种水体中氯离子浓度的光电化学检测方法
CN111495351A (zh) * 2019-12-31 2020-08-07 青岛科技大学 一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法
CN111495351B (zh) * 2019-12-31 2022-12-30 青岛科技大学 一种高寿命摩擦敏感型石墨炔基压电材料的制备及应用方法
CN113299893A (zh) * 2021-05-22 2021-08-24 信阳师范学院 一种二硫化钼@石墨炔复合材料、制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN109082677B (zh) 2019-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109082677B (zh) 一种表面负载石墨炔的双极膜在光电催化水解离中的应用
CN101634035B (zh) 臭氧和过氧化氢在中性介质中协同电化学产生方法和装置
CN105088267B (zh) 用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置
CN102477564B (zh) 一种制备spe水电解阳极析氧催化剂的方法
CN104846397A (zh) 一种用于电化学还原co2制甲酸的电极及其制备方法和应用
CN103515676B (zh) 全固态可分离式铝空气电池
CN101649465A (zh) 一种基于双极膜技术同时制备糠醇和糠酸的方法
US20150197866A1 (en) Method for generating oxygen and water electrolysis device
CN205088310U (zh) 用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置
CN107706435A (zh) 一种双极膜型直接硼氢化物燃料电池
KR20140073007A (ko) 이산화탄소 환원방법 및 이를 이용한 이산화탄소 환원장치
WO1998040535A1 (fr) Generateur electrolytique d'ozone et procede de fabrication de ce dernier
CN116133746A (zh) 水电解小室的电极催化剂、水电解小室及水电解装置
CN101613483A (zh) 以光敏剂或光催化半导体材料为中间层的双极膜及其制备方法
JP2005144240A (ja) 電解槽及び電解水生成装置
CN109411794A (zh) 一种新型全醌水体系液流电池
CN205295488U (zh) 用于电解水的无间距隔膜电解槽
CN109136970B (zh) 一种表面负载石墨炔的双极膜及其制备方法
CN108258267A (zh) 一种酸阴极-碱阳极低温醇类燃料电池
CN111534829B (zh) 一种含低共熔溶剂的水基电解液及其应用
CN106876144A (zh) 一种利用蛋壳膜制备的染料敏化太阳能电池对电极材料及方法
CN108796550B (zh) 一种石墨烯和碳纳米管协同改性膜电极的制备方法
CN105624721A (zh) 一种制备铜胺（氨）络合物的方法
JP6991893B2 (ja) 二酸化炭素の還元方法および二酸化炭素還元装置
Lu et al. Comment on “Unbiased solar H 2 production with current density up to 23 mA cm− 2 by Swiss-cheese black Si coupled with wastewater bioanode” by L. Lu, W. Vakki, JA Aguiar, C. Xiao, K. Hurst, M. Fairchild, X. Chen, F. Yang, J. Gu and ZJ Ren, Energy Environ. Sci., 2019, 12, 1088

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant