CN114405231B - 一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 - Google Patents
一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114405231B CN114405231B CN202111641427.6A CN202111641427A CN114405231B CN 114405231 B CN114405231 B CN 114405231B CN 202111641427 A CN202111641427 A CN 202111641427A CN 114405231 B CN114405231 B CN 114405231B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cavity
- communicated
- solution
- reaction cavity
- negative electrode
- 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.)
- Active
Links
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 49
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 98
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims description 16
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 11
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 10
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 abstract description 6
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005349 anion exchange Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001926 trapping method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
- B01D53/326—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00 in electrochemical cells
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1412—Controlling the absorption process
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/1456—Removing acid components
- B01D53/1475—Removing carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
- B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
- B01D53/965—Regeneration, reactivation or recycling of reactants including an electrochemical process step
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/30—Alkali metal compounds
- B01D2251/306—Alkali metal compounds of potassium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2251/00—Reactants
- B01D2251/60—Inorganic bases or salts
- B01D2251/606—Carbonates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
- B01D2256/22—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2258/00—Sources of waste gases
- B01D2258/06—Polluted air
-
- 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
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
本发明涉及一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法。所述装置包括：电解池和电池结构，电解池包括依次连接的阴极反应腔、二氧化碳解吸腔、二氧化碳吸收腔和阳极反应腔；二氧化碳解吸腔和二氧化碳吸收腔通过双极膜连通；电池结构包括：负极、正极、正极区和负极区；负极设置在负极区，正极设置在正极区；负极与阴极反应腔连接；正极与阳极反应腔连接，负极区的出液口与阴极反应腔的进液口连通；负极区的进液口与阴极反应腔的出液口连通；正极区的出液口与阳极反应腔的进液口连通；正极区的进液口与阳极反应腔的出液口连通。本发明采用双极膜电渗析技术实现碳捕集，可以提高碳捕集率和捕集纯度。
Description
技术领域
本发明涉及碳捕集技术领域，特别是涉及一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法。
背景技术
近年来，化石燃料的大量燃烧使大气中二氧化碳浓度不断升高，从而导致温室效应日益严重。随着人类对能源的需求越来越大，未来几十年内化石燃料将仍然是主要能量来源。虽然传统的碳捕集模式，例如从大型点源进行燃烧后捕集，可以减缓大气中CO2浓度的升高，但作为负碳技术代表的空气中直接捕集CO2技术可对大气中CO2浓度进行更为直接的“干预”。现有的空气碳捕集技术包括溶液吸收法、固体吸附法、电渗析法等，但是目前并没有利用双极膜电渗析技术进行空气碳捕集的技术，因此采用双极膜电渗析技术进行空气碳捕集是十分有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法，采用双极膜电渗析技术实现碳捕集，可以提高碳捕集率和捕集纯度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，包括：
电解池和电池结构；所述电解池包括依次连接的阴极反应腔、CO2解吸腔、 CO2吸收腔和阳极反应腔；所述CO2解吸腔和所述CO2吸收腔通过双极膜连通；
所述电池结构包括：负极、正极、正极区和负极区；所述负极设置在所述负极区，所述正极设置在所述正极区；
所述负极与所述阴极反应腔连接；所述正极与所述阳极反应腔连接，所述负极区的出液口与所述阴极反应腔的进液口连通；所述负极区的进液口与所述阴极反应腔的出液口连通；所述正极区的出液口与所述阳极反应腔的进液口连通；所述正极区的进液口与所述阳极反应腔的出液口连通。
可选的，所述负极区通入的溶液为K4[Fe(CN)6]溶液，所述正极区通入的溶液为K3[Fe(CN)6]溶液。
可选的，所述面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，还包括： K4[Fe(CN)6]溶液储液罐，所述K4[Fe(CN)6]溶液储液罐的进液口与所述阴极反应腔的出液口连通，所述K4[Fe(CN)6]溶液储液罐的出液口与所述负极区的进液口连通。
可选的，所述面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，还包括： K3[Fe(CN)6]溶液储液罐，所述K3[Fe(CN)6]溶液储液罐的进液口与所述阳极反应腔的出液口连通，所述K3[Fe(CN)6]溶液储液罐的出液口与所述正极区的进液口连通。
可选的，所述阴极反应腔与所述CO2解吸腔之间通过阳离子交换膜连通，所述CO2吸收腔和所述阳极反应腔之间通过所述阳离子交换膜连通。
可选的，所述正极区和所述负极区通过阳离子交换膜连通。
可选的，所述CO2解吸腔和所述CO2吸收腔内的溶液为KHCO3溶液。
一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环方法，应用于上述所述的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，所述方法包括：
向CO2吸收腔内通入包括第一浓度的CO2的稀薄气源，所述第一浓度的CO2在所述CO2吸收腔内与来自双极膜的OH-发生反应产生
所述
与来自阳极反应腔的K+结合生成KHCO3溶液；
所述生成的KHCO3溶液被通入所述CO2解吸腔，所述生成的KHCO3在所述 CO2解吸腔中与来自所述双极膜的H+发生反应，生成H2O、K+和第二浓度的CO2；所述第二浓度的CO2析出并在所述CO2解吸腔的出气口被捕获，所述第二浓度大于所述第一浓度。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置包括电解池和电池结构；电解池包括依次连接的阴极反应腔、CO2解吸腔、CO2吸收腔和阳极反应腔；CO2解吸腔和CO2吸收腔通过双极膜连通；电池结构包括：负极、正极、正极区和负极区；负极设置在负极区，正极设置在正极区；负极与阴极反应腔连接；正极与阳极反应腔连接，负极区的出液口与阴极反应腔的进液口连通；负极区的进液口与阴极反应腔的出液口连通；正极区的出液口与阳极反应腔的进液口连通；正极区的进液口与阳极反应腔的出液口连通；利用双极膜电渗析技术对稀薄气源中的CO2进行了直接捕集，提高碳捕集率和捕集纯度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置的结构图；
图2为本发明实施例提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置的工作过程示意图。
符号说明：
CEM-阳离子交换膜、BPM-双极膜。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明设计了一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，其主要功能为从稀薄气源中捕集CO2。与其他碳捕集技术相比，本发明的碳捕集率较高，捕集纯度较高。
如图1所示，本发明实施例提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，包括：
电解池和电池结构；所述电解池包括依次连接的阴极反应腔、CO2解吸腔、 CO2吸收腔和阳极反应腔；所述CO2解吸腔和所述CO2吸收腔通过双极膜BPM 连通；所述电池结构包括：负极、正极、正极区和负极区；所述负极设置在所述负极区，所述正极设置在所述正极区；所述负极与所述阴极反应腔连接；所述正极与所述阳极反应腔连接，所述负极区的出液口与所述阴极反应腔的进液口连通；所述负极区的进液口与所述阴极反应腔的出液口连通；所述正极区的出液口与所述阳极反应腔的进液口连通；所述正极区的进液口与所述阳极反应腔的出液口连通；所述负极区通入的溶液在所述负极区被氧化生成被氧化后的溶液，所述被氧化后的溶液进入所述阴极反应腔被电解；所述正极区通入的溶液在所述正极区被还原生成被还原的溶液，所述被还原的溶液进入所述阳极反应腔被电解。
在实际应用中，双极膜BPM一般为由阳离子交换层、阴离子交换层以及中间反应层复合而成的一种复合型离子交换膜。如BP-1型双极膜BPM、FBM 型双极膜BPM等。
在实际应用中，所述负极通过第一电极与所述阴极反应腔连接；所述正极通过第二电极与所述阳极反应腔连接。
在实际应用中，第一电极和第二电极的材料一般为Pt、Au、Pd、Ru、Ir、 Rh、Re、Os、Cu、Ag、Fe、Co、Ni、Zn、C中一种或两种以上的合金或其混合物。
在实际应用中，所述负极区通入的溶液为K4[Fe(CN)6]溶液，所述正极区通入的溶液为K3[Fe(CN)6]溶液。
在实际应用中，所述面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，还包括：K4[Fe(CN)6]溶液储液罐，所述K4[Fe(CN)6]溶液储液罐的进液口与所述阴极反应腔的出液口连通，所述K4[Fe(CN)6]溶液储液罐的出液口与所述负极区的进液口连通。
在实际应用中，所述面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，还包括：K3[Fe(CN)6]溶液储液罐，所述K3[Fe(CN)6]溶液储液罐的进液口与所述阳极反应腔的出液口连通，所述K3[Fe(CN)6]溶液储液罐的出液口与所述正极区的进液口连通。
在实际应用中，所述阴极反应腔与所述CO2解吸腔之间通过阳离子交换膜 CEM连通，所述CO2吸收腔和所述阳极反应腔之间通过所述阳离子交换膜 CEM连通。
在实际应用中，所述正极区和所述负极区通过阳离子交换膜CEM连通。
在实际应用中，阳离子交换膜CEM对阳离子具有选择透过性，一般为磺酸型，带有固定基团和可解离的离子。
在实际应用中，所述CO2解吸腔和所述CO2吸收腔内的溶液为KHCO3溶液。
一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环方法，应用于上述所述的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，所述方法包括：
向CO2吸收腔内通入包括第一浓度的CO2的稀薄气源，所述第一浓度的CO2在所述CO2吸收腔内与来自双极膜BPM的OH-发生反应产生
所述
与来自阳极反应腔的K+结合生成KHCO3溶液。
所述生成的KHCO3溶液被通入所述CO2解吸腔，所述生成的KHCO3在所述 CO2解吸腔中与来自所述双极膜BPM的H+发生反应，生成H2O、K+和第二浓度的CO2；所述第二浓度的CO2析出并在所述CO2解吸腔的出气口被捕获，所述第二浓度大于所述第一浓度。
本发明中面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，如图2所示，其本质是内循环与外循环的组合。该循环通过多个电解质所涉反应组成的复合循环实现电能到化学功的转变，从而直接从稀薄气源中捕集CO2。
复合循环包括内循环和外循环，其中内循环的流程为：通入稀薄气源，其中的低浓度CO2发生反应被吸收液吸收后，在循环的下一步中再次发生反应， CO2析出溶液并被捕集起来，剩余吸收液则被送回上一步继续使用，具体为：向CO2吸收腔中的KHCO3吸收液中通入稀薄气源，稀薄气源中的CO2(低浓度 CO2)与来自双极膜BPM的OH-发生反应生成
并与来自阳极(阳极反应腔)的K+结合生成KHCO3，然后KHCO3溶液被引到CO2解吸腔，与来自双极膜BPM的H+发生反应生成CO2(高浓度CO2)、H2O和K+，K+通过阳离子交换膜CEM来到阴极反应腔，CO2(高浓度CO2)则析出溶液并被捕集起来，剩余的低浓度KHCO3溶液则被送回循环上一步继续吸收稀薄气源中的CO2。内循环主要负责将稀薄气源中的CO2吸收并捕集起来。
其中外循环主要通过快速动力学氧化还原对溶液A和B之间的相互转化来实现。其流程为：位于正负电极附近的电解液发生反应后，分别被送往阴极(阴极反应腔)和阳极(阳极反应腔)，并在其中再次发生逆反应，反应后的电解液分别被送回正负电极处继续发生上述反应，从而完成循环，具体为：负极的A被氧化成B，B被送到阴极发生反应再次被还原成A，产生的A被泵送到一个储液罐中，继续送回负极以完成下一次循环；正极的B被还原成A， A被送到阳极发生反应再次被氧化成B，产生的B被泵送到另一个储液罐中，继续送回正极以完成下一次循环。正负极发生反应放出的电能提供给了阳极和阴极，因此外循环主要负责提供电能，驱动从空气中捕集CO2这一过程。溶液 A和B可以分别选用K4[Fe(CN)6]和K3[Fe(CN)6]。
复合循环中，CO2气体的流程为：向KHCO3吸收液中通入稀薄气源，其中的低浓度CO2与来自双极膜BPM的OH-发生反应后，以
为主要形式存在于吸收液中；之后吸收液被引到双极膜BPM另一侧，
与来自双极膜BPM 的H+发生反应再次以CO2气体的形式析出。此时的CO2气体纯度较高，捕集起来后可以被再次利用。
本发明涉及到的主要反应如下：
CO2吸收：
CO2解吸：
CO2(aq)→CO2(g)
双极膜中的反应：
阳极反应：A-e-→B
阴极反应：B+e-→A
以快速动力学氧化还原对K3/K4[Fe(CN)6]溶液为例，阳极反应和阴极反应如下：
阳极反应：[Fe(CN)6]4--e-→[Fe(CN)6]3-
阴极反应：[Fe(CN)6]3-+e-→[Fe(CN)6]4-
外循环正负极中的反应：
正极：
负极：
本发明还提供了一种具体的使用面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置的方法，在20℃的***温度及1标准大气压的环境压力下，用双极膜 BPM及两个阳离子交换膜CEM将电解池分为四个腔，阴极反应腔和阳极反应腔通过两个电极分别与电池结构负极和正极相连。然后向被双极膜BPM隔开的CO2吸收腔和CO2解吸腔内通入KHCO3溶液，阳极反应腔内通入K4[Fe(CN)6] 溶液，阴极反应腔内通入K3[Fe(CN)6]溶液。外循环中电池结构的正负电极分布在两侧，两极之间是电解液区。在电解液区中间用一个阳离子交换膜CEM 将该区域分为两部分，正极区通入K3[Fe(CN)6]溶液，负极区通入K4[Fe(CN)6] 溶液。
在内循环中，向CO2吸收腔中通入空气，接通电路，CO2与来自双极膜BPM 的OH-发生反应生成
与来自阳极反应腔的K+达到电荷平衡。通过一个外部通道将KHCO3溶液导入到CO2解吸腔，与来自双极膜BPM的H+发生反应生成CO2、H2O和K+，K+通过阳离子交换膜CEM来到阴极反应腔，CO2则析出溶液在装置出口处被捕集，KHCO3溶液恢复到CO2吸收腔中的初始浓度并通过一个外部通道送回CO2吸收腔中。
快速动力学氧化还原对K3[Fe(CN)6]和K4[Fe(CN)6]溶液在由储液罐、电池结构、两个电极反应腔相连通组成的外循环中不断循环流动，既保证了***能够稳定运行，同时还可以消除浓差极化过电位的影响。此外，K+在内循环中从阳极移动到阴极，在外循环中又从负极移动到正极，从而维持了整个***中的离子平衡。
本发明实施例提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置还可以与无人载具相结合。充电模式下，当无人载具在陆地上时，通过外加电源为电池结构充电，此时阳极区的K4[Fe(CN)6]被氧化成K3[Fe(CN)6]，阴极区的 K3[Fe(CN)6]被还原成K4[Fe(CN)6]；放电给无人载具模式下，当无人载具离开陆地工作时，电池结构开始放电，通过K3/K4[Fe(CN)6]电解液的浓度差变化，实现为无人载具辅助供电；碳捕集模式下，此时无人载具离开陆地开始工作，外循环中的电池结构放电维持内循环的运作，从而实现碳捕集。
1.本发明提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置的循环过程其本质是内循环与外循环的组合，该循环通过多个电解质反应实现电能到化学功的转变，从而直接从稀薄气源中捕集CO2，为稀薄气源碳捕集提供思路。
2.本发明提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置还可以与无人载具等设备相结合，实现分布式碳捕集的功能。
3.本发明提供的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置采用双极膜电渗析技术实现碳捕集，可以提高碳捕集率和捕集纯度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，其特征在于，包括：
电解池和电池结构；所述电解池包括依次连接的阴极反应腔、CO2解吸腔、CO2吸收腔和阳极反应腔；所述CO2解吸腔和所述CO2吸收腔通过双极膜连通；
所述电池结构包括：负极、正极、正极区和负极区；所述负极设置在所述负极区，所述正极设置在所述正极区；
所述负极与所述阴极反应腔连接；所述正极与所述阳极反应腔连接，所述负极区的出液口与所述阴极反应腔的进液口连通；所述负极区的进液口与所述阴极反应腔的出液口连通；所述正极区的出液口与所述阳极反应腔的进液口连通；所述正极区的进液口与所述阳极反应腔的出液口连通；
所述阴极反应腔与所述CO2解吸腔之间通过阳离子交换膜连通，所述CO2吸收腔和所述阳极反应腔之间通过所述阳离子交换膜连通；所述正极区和所述负极区通过阳离子交换膜连通；CO2吸收腔通过一个外部通道将KHCO3溶液导入到CO2解吸腔，CO2解吸腔通过一个外部通道将KHCO3溶液导入到CO2吸收腔。
2.根据权利要求1所述的一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，其特征在于，所述负极区通入的溶液为K4[Fe(CN)6]溶液，所述正极区通入的溶液为K3[Fe(CN)6]溶液。
3.根据权利要求1所述的一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，其特征在于，还包括：K4[Fe(CN)6]溶液储液罐，所述K4[Fe(CN)6]溶液储液罐的进液口与所述阴极反应腔的出液口连通，所述K4[Fe(CN)6]溶液储液罐的出液口与所述负极区的进液口连通。
4.根据权利要求1所述的一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，其特征在于，还包括：K3[Fe(CN)6]溶液储液罐，所述K3[Fe(CN)6]溶液储液罐的进液口与所述阳极反应腔的出液口连通，所述K3[Fe(CN)6]溶液储液罐的出液口与所述正极区的进液口连通。
5.根据权利要求1所述的一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，其特征在于，所述CO2解吸腔和所述CO2吸收腔内的溶液为KHCO3溶液。
6.一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任意一项所述的面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置，所述方法包括：
向CO2吸收腔内通入包括第一浓度的CO2的稀薄气源，所述第一浓度的CO2在所述CO2吸收腔内与来自双极膜的OH-发生反应产生
所述
与来自阳极反应腔的K+结合生成KHCO3溶液；
所述生成的KHCO3溶液被通入所述CO2解吸腔，所述生成的KHCO3在所述CO2解吸腔中与来自所述双极膜的H+发生反应，生成H2O、K+和第二浓度的CO2；所述第二浓度的CO2析出并在所述CO2解吸腔的出气口被捕获，所述第二浓度大于所述第一浓度。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111641427.6A CN114405231B (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 |
| US18/147,176 US20230201764A1 (en) | 2021-12-29 | 2022-12-28 | Device and method based on electrically-driven chemical carbon pump combined cycle for diluted carbon source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111641427.6A CN114405231B (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114405231A CN114405231A (zh) | 2022-04-29 |
| CN114405231B true CN114405231B (zh) | 2022-11-04 |
Family
ID=81269705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111641427.6A Active CN114405231B (zh) | 2021-12-29 | 2021-12-29 | 一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20230201764A1 (zh) |
| CN (1) | CN114405231B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117225124B (zh) * | 2023-11-02 | 2024-03-15 | 济宁三才塑料有限公司 | 一种色母粒生产废气处理设备 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102912374A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-02-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种以双极膜为隔膜的电化学还原co2电解池及其应用 |
| CN105833698A (zh) * | 2015-01-15 | 2016-08-10 | 北京中天元环境工程有限责任公司 | 一种利用含硫烟气生产浓硫酸的方法 |
| CN106329033A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种基于水溶性快速反应动力学电对的光电化学储能电池 |
| CN106552497A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-04-05 | 东南大学 | 一种用于二氧化碳捕集和提纯的装置及方法 |
| CN113457451A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-01 | 安徽中科莘阳膜科技有限公司 | 一种利用双极膜电渗析再生碳捕集吸收剂吗啉的方法 |
| CN113745620A (zh) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 王昱飞 | 一种基于pcet反应的电池及储能方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108970334B (zh) * | 2018-08-02 | 2020-10-27 | 中国科学技术大学 | 用于富碳胺液的再生***及其用途 |
-
2021
- 2021-12-29 CN CN202111641427.6A patent/CN114405231B/zh active Active
-
2022
- 2022-12-28 US US18/147,176 patent/US20230201764A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102912374A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-02-06 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种以双极膜为隔膜的电化学还原co2电解池及其应用 |
| CN105833698A (zh) * | 2015-01-15 | 2016-08-10 | 北京中天元环境工程有限责任公司 | 一种利用含硫烟气生产浓硫酸的方法 |
| CN106329033A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种基于水溶性快速反应动力学电对的光电化学储能电池 |
| CN106552497A (zh) * | 2016-11-25 | 2017-04-05 | 东南大学 | 一种用于二氧化碳捕集和提纯的装置及方法 |
| CN113745620A (zh) * | 2020-05-27 | 2021-12-03 | 王昱飞 | 一种基于pcet反应的电池及储能方法 |
| CN113457451A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-10-01 | 安徽中科莘阳膜科技有限公司 | 一种利用双极膜电渗析再生碳捕集吸收剂吗啉的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Reduced reagent regeneration energy for CO2 capture with bipolar membrane eletrodialysis;Sriram Valluri et al.;《Fuel Processing Technology》;20201211;第213卷;第104-111页 * |
| 二氧化碳在双极膜电渗析***中溶解吸收过程的研究;赵一欣 等;《无机盐工业》;20210820;第54卷(第4期);106691 第1-7页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114405231A (zh) | 2022-04-29 |
| US20230201764A1 (en) | 2023-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5192001B2 (ja) | 水電解システムの運転方法 | |
| CN109487081B (zh) | 采用流动电极的提锂单元及扩展装置和连续操作方法 | |
| CN107849714A (zh) | 具有质子供体单元的用于电化学利用二氧化碳的电解***和还原方法 | |
| JP7231409B2 (ja) | 再生燃料電池 | |
| US10744457B2 (en) | Electrochemical separator | |
| CN114405231B (zh) | 一种面向稀薄气源的电驱动化学碳泵复合循环装置及方法 | |
| CN114645290A (zh) | 一种co2捕集与电再生同步转化***及方法 | |
| CN112159902A (zh) | 一种基于电容法的电水提锂联产*** | |
| WO2020038383A1 (zh) | 液流电池电解液的纯化方法和纯化装置 | |
| KR101366183B1 (ko) | 3가 철-에틸렌디아민사아세트산을 이용하는 산화환원 연료전지 및 이를 이용한 일산화질소 분리방법 | |
| CN105264705B (zh) | 用于从气体流产生能量的方法以及用于从烟道气产生能量的***与设备 | |
| US10787747B2 (en) | Electrolytic cell for generating hydrogen | |
| CN106992716B (zh) | 反电渗析热能发电装置及方法 | |
| JP2023525988A (ja) | 電気化学的に駆動される二酸化炭素セパレータ | |
| CN115646138B (zh) | 一种太阳能辅助电化学法捕集二氧化碳的*** | |
| CN115992360A (zh) | 二氧化碳处理装置和方法及碳化合物的制造方法 | |
| CN109790632A (zh) | 用于电化学利用二氧化碳的方法和设备 | |
| CN115400550A (zh) | 一种超低能耗二氧化碳电化学捕集方法及*** | |
| KR102041554B1 (ko) | 효율적인 수소-전기 생산이 가능한 역전기 투석 장치를 이용한 하이브리드 발전 시스템 및 에너지 자립형 수소-전기 복합 충전 스테이션 | |
| JP7490006B2 (ja) | 二酸化炭素処理装置、二酸化炭素処理方法及び炭素化合物の製造方法 | |
| JP7478769B2 (ja) | 二酸化炭素処理装置、二酸化炭素処理方法及びエチレンの製造方法 | |
| JP7164882B2 (ja) | 水素同位体が濃縮された水または水溶液の製造方法、水素同位体濃度が低減された水素ガスの製造方法及び製造装置 | |
| WO2024002310A1 (zh) | 一种二氧化碳捕集与制氢耦合的方法及其*** | |
| US20220181668A1 (en) | Electrochemical cell and method for carbon capture with energy storage | |
| WO1996030297A1 (es) | Procedimiento para la separacion electrolitica del oxigeno de sus mezclas y equipo para la realizacion de este procedimiento |
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 |