CN115305482B - 一种电解海水制氢方法及装置 - Google Patents
一种电解海水制氢方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115305482B CN115305482B CN202211043129.1A CN202211043129A CN115305482B CN 115305482 B CN115305482 B CN 115305482B CN 202211043129 A CN202211043129 A CN 202211043129A CN 115305482 B CN115305482 B CN 115305482B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seawater
- electrolytic
- hydrogen production
- tank
- outlet
- 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
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 95
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 95
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 93
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 82
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims description 15
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 76
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 30
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 22
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 22
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 86
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 49
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 40
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 4
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 4
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical group O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 14
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 7
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 abstract description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 3
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 14
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical group Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 3
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- -1 hydroxide ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
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
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- 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
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/02—Process control or regulation
-
- 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
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
- C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
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)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本申请提供了一种电解海水制氢方法及装置，所述电解海水制氢方法包括：a)采用海水对电极基体进行腐蚀活化，在电极基体表面形成催化层；b)以海水为电解液，在电解槽内进行电解制氢；电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若所述实时电压比所述原始电压升高5％以上，进行脉冲酸化洗涤。本发明利用海水中的氯离子进行电极腐蚀活化，原位产生层状双金属氢氧化物结构的催化层，具有高的活性表面积和氯离子耐受性，同时利用脉冲冲力和高浓度酸液的腐蚀作用对电极表面进行冲刷洗涤，在产生的结垢尚未形成牢固结合时予以去除，避免了活性位点的物理阻塞损失，保持了高反应活性。
Description
技术领域
本发明属于氢能及海水资源利用领域，具体涉及一种电解海水制氢方法及装置。
背景技术
电解水制氢是目前可实现大规模绿氢制备的技术方法，对推进氢能社会建设、实现双碳目标具有至关重要的作用。目前主流的电解水制氢技术包括碱性电解水(AE)制氢、质子交换膜(PEM)制氢和高温固体氧化物电解(SOEC)制氢，均对原料水的水质有较高要求，即使在水资源丰富的地区，原水也往往需经过纯化方可得到应用，电解水制氢过程繁琐，成本高，限制了电解水制氢技术的发展。
海水在地球上的储量丰富，且海上风能、太阳能和波浪能等资源丰富。现有技术中，对利用海上可再生能源发电耦合海水电解制氢展开了尝试。海水的含盐量高，在现有的海上制氢项目中大多需经过反渗透等过程对海水进行预处理，处理难度大，成本高，出水水质不稳定，影响电解制氢设备的寿命及性能。
采用海水直接制氢时，海水中高含量的氯离子对目前电解制氢的金属电极催化材料产生严重的腐蚀，造成材料和***的性能及寿命降低。同时，海水中钙镁离子在电解过程中与产生的氢氧根离子结合形成沉淀，堵塞活性位点，导致催化剂失效。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电解海水制氢方法及装置，有利于避免活性位点上形成结垢层，保持高电解制氢活性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种电解海水制氢方法，包括：
a)采用海水对电极基体进行腐蚀活化，在电极基体表面形成催化层；
b)以海水为电解液，在电解槽内进行电解制氢；电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若所述实时电压比所述原始电压升高5％以上，进行脉冲酸化洗涤。
本发明首先采用海水对电极基体进行腐蚀活化，所述腐蚀活化时间为12h以上，电极基体表面发生金属腐蚀和原位沉积反应，形成催化层。所述电极基体厚度优选为100～500μm，电极基体为多孔或致密的导电金属，选自铁、镍、钴和钼中的一种或多种。所述催化层为层状双金属氢氧化物，所述层状双金属氢氧化物为带正电荷的金属氢氧化物层和层间填充可交换阴离子构成的层柱状化合物。在电极基体腐蚀活化过程中，电极基体表面形成微电池，发生金属腐蚀，同时，海水中氯离子的存在加速了金属腐蚀进程，海水中的Ca2+、Mg2 +等二价离子与基体金属共同沉积，形成层状双金属氢氧化物结构。
电极基体表面形成催化层后，以海水为电解液，在电解槽内进行电解制氢，所述电解槽包括电解制氢单元，所述电解制氢单元包括阴极、阳极和隔膜，在阴极和阳极分别收集得到氢气和氧气。
在电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若所述实时电压比所述原始电压升高5％以上，采用脉冲酸液进行脉冲酸化洗涤，所述酸液为盐酸，所述脉冲酸化洗涤为交替对电解槽的阴极和阳极进行洗涤，所述阴极和阳极的洗涤时间相互独立地为1～2min。利用脉冲酸液的脉冲冲力和高浓度酸液的腐蚀作用对电极表面进行冲刷洗涤，在产生的结垢尚未形成牢固结合时予以去除。在一个实施例中，电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若所述实时电压比所述原始电压升高5％～10％，进行脉冲酸化洗涤。
在一个实施例中，电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若电解制氢T1时间时，所述实时电压比所述原始电压升高5％～10％，对电解槽的阴极进行脉冲酸化洗涤，洗涤时间为1～2min；电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若电解槽的阴极的脉冲酸化洗涤结束后电解制氢T2时间时，所述实时电压比所述原始电压升高5％～10％，对电解槽的阳极进行脉冲酸化洗涤，洗涤时间为1～2min。
本发明所述电解制氢方法，还包括，电解制氢过程中，比较海水的实时PH和初始PH，若所述实时PH值比所述初始PH值降低10％以上，将海水作为废液排放。在一个实施例中，电解制氢过程中，比较海水的实时PH和初始PH，若所述实时PH值比所述初始PH值降低10％～20％，将海水作为废液排放，排放时间优选为5～10min。
本发明提供的电解制氢方法通过电极基体表面的金属腐蚀和原位沉积，在电极基体表面原位生成层状双金属氢氧化物，层状双金属氢氧化物具有较大的比表面积和孔隙率，金属之间具有协同作用，改善了催化层的活性表现，具有较高的氯离子耐受性。在电解制氢过程中对电极进行脉冲酸化洗涤，利用脉冲酸液的脉冲冲力和高浓度酸液的腐蚀作用对电极表面进行冲刷洗涤，在产生的结垢尚未形成牢固结合时予以去除，可以提高电解制氢的活性。
本发明还提供了一种电解制氢装置，其特征在于，包括电解槽装置、与电解槽装置的海水入口和出口相连的海水循环装置；与电解槽的酸液入口相连的酸液处理装置以及与电解槽的废液出口相连的废液收集装置。
本发明所述电解槽装置包括电解制氢单元，所述电解制氢单元包括阴极、阳极和隔膜，构成阴极室和阳极室，阴极和阳极相互独立地为多孔或致密的导电金属，优选铁、镍、钴和钼中的一种或多种；所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体，或者，所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体和复合在电极基体表面的层状双金属氢氧化物。
本发明所述海水循环装置包括海水贮罐，所述海水贮罐的出口与电解槽的海水入口相连，所述海水贮罐入口与电解槽的海水出口相连，所述海水贮罐出口与电解槽的海水入口之间设置海水泵。
本发明所述酸液处理装置包括酸液贮罐，所述酸液贮罐中酸液为盐酸，所述酸液贮罐出口与电解槽的酸液入口相连，所述酸液贮罐出口与电解槽的酸液入口之间并联设置酸液泵1和酸液泵2，所述酸液泵1与电解槽的阴极相连，所述酸液泵2与电解槽的阳极相连。
本发明所述废液收集装置包括废液贮罐，所述废液贮罐入口与电解槽的废液出口相连，所述废液贮罐入口与电解槽的废液出口之间设置废液泵。
在一个实施例中，电解制氢***包括电解槽、酸液贮罐、海水贮罐、废液贮罐、酸液泵、海水泵和废液泵。所述电解槽包括重复的电解制氢单元，所述电解制氢单元包括阴极、隔膜、阳极，构成阴极室和阳极室。所述阴极室和阳极室分别有海水入口、海水出口、酸液入口和废液出口。所述阴极室和阳极室的海水入口、废液出口分别汇总到相同的海水入口管、排污管，所述阴极室和阳极室的海水出口、酸液入口分别汇总到不同的阴极和阳极海水出口管、酸液入口管。所述酸液贮罐的酸液出口分别连接酸液泵1和酸液泵2的入口，所述酸液泵1的出口连接所述电解槽阴极室的酸液入口，所述酸液泵2的出口连接所述电解槽阳极室的酸液入口。所述海水贮罐的海水出口连接海水泵的入口，所述海水泵的出口连接所述电解槽阴极室和阳极室的海水入口。所述电解槽阴极室的海水出口管中的海水经气液分离后回到海水贮罐。所述电解槽阳极室的海水出口管中的海水经气液分离后回到海水贮罐。所述电解槽的废液出口连接废液泵的入口，废液泵的出口连接废液贮罐的废液入口。
本发明所述电解制氢装置可以直接应用于电解制氢中，本发明在此不做限定。在一个实施例中，首先进行电极腐蚀活化，打开海水泵，关闭酸液泵、废液泵，使海水在电解槽体系中循环12h以上，电解槽中电极发生金属腐蚀和原位沉积，形成催化层。然后进行电解制氢，打开海水泵，关闭酸液泵和废液泵，接通阴极和阳极电源，以海水为电解液，在电解槽内开始电解水制氢，所述电解槽包括电解制氢单元，所述电解制氢单元包括阴极、阳极和隔膜，在阴极和阳极分别收集得到氢气和氧气。电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若电解制氢T1时间时，所述实时电压比所述原始电压升高5％～10％，打开酸液泵1，对电解槽的阴极进行脉冲酸化洗涤，洗涤时间为1～2min，关闭酸液泵1；电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若电解槽的阴极的脉冲酸化洗涤结束后电解制氢T2时间时，所述实时电压比所述原始电压升高5％～10％，打开酸液泵2，对电解槽的阳极进行脉冲酸化洗涤，洗涤时间为1～2min，关闭酸液泵2。从电解制氢过程的起点开始，当观测到海水贮槽的pH累积降低达到初始值的10％～20％时，打开废液泵，将海水作为废液排放，排放时间优选为5～10min，关闭废液泵。
本发明提供的电解海水制氢方法包括：a)采用海水对电极基体进行腐蚀活化，在电极基体表面形成催化层；b)以海水为电解液，在电解槽内进行电解制氢；电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若所述实时电压比所述原始电压升高5％以上，进行脉冲酸化洗涤。本发明在进行电解制氢的过程中，采用腐蚀活化、电解制氢和脉冲酸化洗涤循环进行的方法，利用了海水中的氯离子进行腐蚀活化，在电极基体表面原位产生纳米层状双金属氢氧化物，层状双金属氢氧化物具有较大的比表面积和孔隙率，金属之间具有协同作用，改善了催化层的活性表现，具有较高的氯离子耐受性。同时，在电极表面产生的结垢尚未形成牢固结合时利用脉冲冲力和高浓度酸液的腐蚀作用对电极表面形成的钙镁颗粒进行冲刷，避免了活性位点的物理阻塞损失，保持了高反应活性。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为电解海水制氢***示意图；
图2为电解海水制氢***中电解槽电极示意图。
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。
实施例1：
参见图1，图1为电解海水制氢***示意图，电解制氢***包括电解槽、酸液贮罐、海水贮罐、废液贮罐、酸液泵、海水泵和废液泵。所述酸液贮罐中酸液为盐酸。
电解槽包括重复的电解制氢单元，所述电解制氢单元包括阴极、隔膜、阳极，构成阴极室和阳极室。所述阴极室和阳极室分别有海水入口、海水出口、酸液入口、废液出口。所述阴极室和阳极室的海水入口、废液出口分别汇总到相同的海水入口管、排污管，所述阴极室和阳极室的海水出口、酸液入口、酸液出口分别汇总到不同的阴极和阳极海水出口管、酸液入口管。
海水贮罐的海水出口连接海水泵的入口，所述海水泵的出口连接所述电解槽阴极室和阳极室的海水入口。所述电解槽阴极室的海水出口管中的海水经气液分离后回到海水贮罐。所述电解槽阳极室的海水出口管中的海水经气液分离后回到海水贮罐。
酸液贮罐的酸液出口分别连接酸液泵1和酸液泵2的入口，所述酸液泵1的出口连接所述电解槽阴极室的酸液入口，所述酸液泵2的出口连接所述电解槽阳极室的酸液入口。
电解槽的废液出口连接废液泵的入口，废液泵的出口连接废液贮罐的废液入口。
实施例2：
采用实施例1的电解海水制氢***进行电解制氢，具体包括以下步骤：
(1)电极腐蚀活化：打开海水泵，关闭酸液泵、废液泵，使海水在电解槽体系中循环12h，电解槽中电极基体为泡沫镍，形成的催化层厚度为200nm。电极结构如图2所示，图2为电解海水制氢***中电解槽电极示意图，电极包括电极基体和复合在电极基体表面的层状双金属氢氧化物。电极基体表面发生了金属腐蚀和原位沉积反应。在腐蚀过程中，海水中氯离子的存在加速了腐蚀进程；在沉积过程中，海水中的Ca2+、Mg2+等二价离子与基体金属共同沉积，形成层状双金属氢氧化物结构；层状双金属氢氧化物具有较大的比表面积和孔隙率，双金属之间具有协同作用，改善了电解制氢活性。
(2)电解制氢：打开海水泵，关闭酸液泵、废液泵，接通阴极和阳极电源，开始电解水制氢过程，在阴极和阳极分别收集得到氢气和氧气。
(3)脉冲酸化洗涤：打开海水泵，在电解制氢进行到一定时间12h时，观测到电解制氢的电压累积升高达到初始值的5％时，打开酸液泵1，持续时间2min后关闭酸液泵1，电压降低至初始值；在关闭酸液泵1后，电解制氢进行到一定时间5h时，观测到电解制氢的电压累积升高达到初始值的5％时，打开酸液泵2，持续时间2min后关闭酸液泵2，电压降低至初始值。从电解制氢过程的起点开始，当观测到海水贮槽的pH累积降低达到初始值的10％时，打开废液泵，将海水作为废液排放，排放时间优选为10min，关闭废液泵。
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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种电解海水制氢方法，其特征在于，包括：
a）采用海水对电极基体进行腐蚀活化，在电极基体表面形成层状双金属氢氧化物催化层；
b）以海水为电解液，在电解槽内进行电解制氢；电解制氢过程中，比较电解槽的实时电压与原始电压，若所述实时电压比所述原始电压升高5%以上，进行脉冲酸化洗涤；
所述脉冲酸化洗涤为交替对电解槽的阴极和阳极进行洗涤；
所述电极基体选自铁、镍、钴和钼中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述电解海水制氢方法，其特征在于，所述阴极和阳极的洗涤时间相互独立地为1~2min。
3.根据权利要求1所述电解海水制氢方法，其特征在于，还包括：电解制氢过程中，比较海水的实时PH和初始PH，若所述实时PH值比所述初始PH 值降低10%以上，将海水作为废液排放。
4.根据权利要求1所述电解海水制氢方法，其特征在于，所述电极基体厚度为100~500μm。
5.一种电解制氢装置，其特征在于，包括电解槽装置、与电解槽装置的海水入口和出口相连的海水循环装置；与电解槽的酸液入口相连的酸液处理装置以及与电解槽的废液出口相连的废液收集装置；
所述电解槽装置包括电解制氢单元，所述电解制氢单元包括阴极、阳极和隔膜；
所述阴极和阳极相互独立地包括电极基体和复合在电极基体表面的层状双金属氢氧化物催化层；
所述电极基体选自铁、镍、钴和钼中的一种或多种；
还包括脉冲酸化洗涤装置，所述脉冲酸化洗涤装置用于交替对电解槽的阴极和阳极进行洗涤。
6.根据权利要求5所述电解制氢装置，其特征在于，所述海水循环装置包括海水贮罐，所述海水贮罐的出口与电解槽的海水入口相连，所述海水贮罐入口与电解槽的海水出口相连，所述海水贮罐出口与电解槽的海水入口之间设置海水泵；
所述酸液处理装置包括酸液贮罐，所述酸液贮罐出口与电解槽的酸液入口相连，所述酸液贮罐出口与电解槽的酸液入口之间并联设置酸液泵1和酸液泵2，所述酸液泵1与电解槽的阴极相连，所述酸液泵2与电解槽的阳极相连。
7.根据权利要求5所述电解制氢装置，其特征在于，所述废液收集装置包括废液贮罐，所述废液贮罐入口与电解槽的废液出口相连，所述废液贮罐入口与电解槽的废液出口之间设置废液泵。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211043129.1A CN115305482B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种电解海水制氢方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211043129.1A CN115305482B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种电解海水制氢方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115305482A CN115305482A (zh) | 2022-11-08 |
| CN115305482B true CN115305482B (zh) | 2023-09-08 |
Family
ID=83864589
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211043129.1A Active CN115305482B (zh) | 2022-08-29 | 2022-08-29 | 一种电解海水制氢方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115305482B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202430296U (zh) * | 2011-12-22 | 2012-09-12 | 华锐风电科技(集团)股份有限公司 | 用于风电海水淡化***的电解海水制氯装置 |
| WO2016064014A1 (ko) * | 2014-10-22 | 2016-04-28 | 한라아이엠에스 주식회사 | 세척용 챔버가 구비된 전기분해장치 |
| CN205856209U (zh) * | 2016-07-09 | 2017-01-04 | 武汉兴达高技术工程有限公司 | 撬块式海水电解制氯*** |
| CN106967996A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-07-21 | 碧海舟（北京）节能环保装备有限公司 | 清洁能源海水制氢和次氯酸钠*** |
| CN206706218U (zh) * | 2017-04-18 | 2017-12-05 | 碧海舟（北京）节能环保装备有限公司 | 清洁能源海水制氢和次氯酸钠*** |
| CN112342565A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-09 | 天津市大陆制氢设备有限公司 | 一种高效铁钴层状双金属氢氧化物耦合镍钼氢氧化物析氢电极及其制备方法 |
| CN113481534A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-10-08 | 江苏大学 | 低结晶度的锆掺杂的钴铁层状双氢氧化物的制备方法及其应用于电解水制氢 |
| CN214361725U (zh) * | 2020-09-21 | 2021-10-08 | 深圳市图灵科创产业发展有限公司 | 电解海水制氢*** |
| CN114807980A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-29 | 天津国投津能发电有限公司 | 一种原海水电解制氯***及其酸洗方法 |
-
2022
- 2022-08-29 CN CN202211043129.1A patent/CN115305482B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202430296U (zh) * | 2011-12-22 | 2012-09-12 | 华锐风电科技(集团)股份有限公司 | 用于风电海水淡化***的电解海水制氯装置 |
| WO2016064014A1 (ko) * | 2014-10-22 | 2016-04-28 | 한라아이엠에스 주식회사 | 세척용 챔버가 구비된 전기분해장치 |
| CN205856209U (zh) * | 2016-07-09 | 2017-01-04 | 武汉兴达高技术工程有限公司 | 撬块式海水电解制氯*** |
| CN106967996A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-07-21 | 碧海舟（北京）节能环保装备有限公司 | 清洁能源海水制氢和次氯酸钠*** |
| CN206706218U (zh) * | 2017-04-18 | 2017-12-05 | 碧海舟（北京）节能环保装备有限公司 | 清洁能源海水制氢和次氯酸钠*** |
| CN214361725U (zh) * | 2020-09-21 | 2021-10-08 | 深圳市图灵科创产业发展有限公司 | 电解海水制氢*** |
| CN112342565A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-02-09 | 天津市大陆制氢设备有限公司 | 一种高效铁钴层状双金属氢氧化物耦合镍钼氢氧化物析氢电极及其制备方法 |
| CN113481534A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-10-08 | 江苏大学 | 低结晶度的锆掺杂的钴铁层状双氢氧化物的制备方法及其应用于电解水制氢 |
| CN114807980A (zh) * | 2022-04-21 | 2022-07-29 | 天津国投津能发电有限公司 | 一种原海水电解制氯***及其酸洗方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NiCoMo Hydroxide Nanosheet Arrays Synthesized via Chloride Corrosion for Overall Water Splitting;Shaoyun Hao et al;ACS Energy Lett;952−959 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115305482A (zh) | 2022-11-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qu et al. | Simultaneous electro-oxidation and in situ electro-peroxone process for the degradation of refractory organics in wastewater | |
| Shi et al. | Cu/Ni composite electrodes for increased anodic coulombic efficiency and electrode operation time in a thermally regenerative ammonia-based battery for converting low-grade waste heat into electricity | |
| CN101514462A (zh) | 一种超纯水膜电解装置 | |
| CN111167513B (zh) | 一种用于去除水中硝酸盐的柔性电催化膜及其制备方法和应用 | |
| CN111270257A (zh) | 一种基于电吸附脱盐技术的海上风电制氢***及方法 | |
| CN105140549A (zh) | 微生物燃料电池处理发酵废水的工艺方法 | |
| CN211872099U (zh) | 一种基于电吸附脱盐技术的海上风电制氢*** | |
| CN113186555A (zh) | 一种高电流密度的碱性水电解槽结构及装置 | |
| CN106745676B (zh) | 一种生态多阴极尿液处理装置和方法 | |
| CN114351165B (zh) | 三维核壳结构双功能电解海水催化剂的制备方法和应用 | |
| CN115110098A (zh) | 一种海水电解方法 | |
| CN111939914B (zh) | 一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法 | |
| CN115305482B (zh) | 一种电解海水制氢方法及装置 | |
| CN115557633B (zh) | 一种废水处理与电解制氢的一体化***及运行方法 | |
| CN109179801B (zh) | 一种三价铬电镀废液的处理方法 | |
| CN217857673U (zh) | 一种电解海水制氢*** | |
| CN113149142A (zh) | 气体扩散电极及其制备方法和应用 | |
| CN114045509B (zh) | 一种钠离子导通的电解海水装置及其应用 | |
| CN102899684B (zh) | 煤炭电解加氢液化阴极多孔负载型催化电极的制备方法 | |
| CN218089826U (zh) | 一种海水制氢电极及电解制氢单元 | |
| CN115449837B (zh) | 一种海水制氢电极及其制备方法和应用 | |
| CN116240564A (zh) | 一种电解海水制氢装置及电解制氢的工艺 | |
| CN115142085B (zh) | 具有热催化效应的高活性析氧电极材料及其制备方法 | |
| CN114835314B (zh) | 一种从化学镀镍废液中回收镍的方法 | |
| JP3921300B2 (ja) | 水素発生装置 |
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 |