Claims (56)
1. Электролитическая ячейка, содержащая:1. Electrolytic cell containing:
по меньшей мере одну реакционную камеру, в которую в ходе эксплуатации вводятся водный электролит и входящее в него газообразное сырье, при этом газообразное сырье содержит газ на основе углерода; иat least one reaction chamber into which during operation an aqueous electrolyte and a gaseous feedstock are introduced, and the gaseous feedstock contains carbon-based gas; and
пару реакционных электродов, расположенных в реакционной камере, причем по меньшей мере один из реакционных электродов включает в себя твердый катализатор и образует в сочетании с водным электролитом и газообразным сырьем трехфазную границу раздела.a pair of reaction electrodes located in the reaction chamber, at least one of the reaction electrodes includes a solid catalyst and forms, in combination with an aqueous electrolyte and gaseous feed, a three-phase interface.
2. Электролитическая ячейка по п. 1, при этом водный электролит смешивается с газообразным сырьем, когда водный электролит был введен в реакционную камеру.2. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the aqueous electrolyte is mixed with the gaseous feed when the aqueous electrolyte has been introduced into the reaction chamber.
3. Электролитическая ячейка по п. 1, при этом водный электролит контактирует непосредственно с реакционным электродом без посредничества полимерной обменной мембраны, когда водный электролит был введен в первую камеру и перемешан с газообразным сырьем.3. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the aqueous electrolyte contacts directly with the reaction electrode without the mediation of a polymer exchange membrane, when the aqueous electrolyte has been introduced into the first chamber and mixed with gaseous feed.
4. Электролитическая ячейка по п. 1, при этом водный электролит выбран из хлорида калия, бромида калия, иодида калия или хлороводорода.4. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the aqueous electrolyte is selected from potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, or hydrogen chloride.
5. Электролитическая ячейка по п. 1, при этом твердый катализатор содержит элемент, выбранный из меди, серебра, золота, железа, олова, цинка, рутения, платины, палладия, рения или металла-лантаноида.5. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the solid catalyst comprises an element selected from copper, silver, gold, iron, tin, zinc, ruthenium, platinum, palladium, rhenium, or a lanthanide metal.
6. Электролитическая ячейка по п. 5, при этом медьсодержащий твердый катализатор представляет собой хлорид меди(I) или оксид меди(I).6. The electrolytic cell according to claim 5, wherein the copper-containing solid catalyst is copper (I) chloride or copper oxide (I).
7. Электролитическая ячейка по п. 1, при этом газ на основе углерода содержит неполярный газ, оксид углерода или смесь их обоих.7. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the carbon-based gas contains non-polar gas, carbon monoxide, or a mixture of both.
8. Электролитическая ячейка по п. 7, при этом неполярные газы включают газообразный углеводород.8. The electrolytic cell according to claim 7, wherein the non-polar gases include gaseous hydrocarbon.
9. Электролитическая ячейка по п. 7, при этом оксид углерода включает монооксид углерода, диоксид углерода или смесь их обоих.9. The electrolytic cell of claim 7, wherein the carbon monoxide comprises carbon monoxide, carbon dioxide, or a mixture of both.
10. Электролитическая ячейка по п. 1, при этом дополнительно катализатор является порошковым и смешанным во взвеси с водным электролитом.10. The electrolytic cell according to claim 1, wherein the catalyst is additionally powder and mixed in suspension with an aqueous electrolyte.
11. Способ модификации цепи углеводородов и органических соединений, содержащий:11. A method of modifying a chain of hydrocarbons and organic compounds, comprising:
контактирование газообразного сырья, включающего газ на основе углерода, водного электролита и катализатора в зоне реакции; иcontacting a gaseous feed, including carbon-based gas, an aqueous electrolyte, and a catalyst in the reaction zone; and
активацию газа на основе углерода в водной электрохимической реакции на реакционном электроде и получение продукта.activation of carbon-based gas in the aqueous electrochemical reaction on the reaction electrode and obtaining a product.
12. Способ по п. 11, при этом реагирование водного электролита, катализатора и газообразного сырья включает снабжение электроэнергией пары реакционных электродов.12. The method of claim 11, wherein reacting the aqueous electrolyte, catalyst, and gaseous feedstocks comprises supplying electric energy to a pair of reaction electrodes.
13. Способ по п. 11, при этом реагирование водного электролита, катализатора и газообразного сырья включает электрическое закорачивание пары реакционных электродов в электролите при поддержании трехфазной границы раздела.13. The method according to p. 11, wherein the reaction of an aqueous electrolyte, catalyst, and gaseous feedstock comprises electrically shorting a pair of reaction electrodes in an electrolyte while maintaining a three-phase interface.
14. Способ по п. 11, при этом контактирование водного электролита с катализатором и газообразным сырьем включает в себя введение водного электролита в непосредственный контакт с газодиффузионным электродом.14. The method according to claim 11, wherein the contacting of the aqueous electrolyte with the catalyst and the gaseous feed includes the introduction of the aqueous electrolyte into direct contact with the gas diffusion electrode.
15. Способ по п. 11, при этом контактирование водного электролита с катализатором и газообразным сырьем включает в себя введение жидких реагентов в непосредственный контакт с газодиффузионным электродом.15. The method according to p. 11, wherein the contacting of the aqueous electrolyte with the catalyst and the gaseous feed includes the introduction of liquid reagents in direct contact with the gas diffusion electrode.
16. Способ по п. 11, при этом:16. The method according to p. 11, wherein:
катализатор является твердым; иthe catalyst is solid; and
реакция протекает на трехфазной границе раздела между водным электролитом, твердым катализатором и газообразным сырьем.the reaction proceeds at a three-phase interface between an aqueous electrolyte, a solid catalyst and a gaseous feed.
17. Способ по п. 11, дополнительно содержащий оставление водного электролита неотфильтрованным в ходе реакции.17. The method according to claim 11, further comprising leaving the aqueous electrolyte unfiltered during the reaction.
18. Способ по п. 11, при этом газ на основе углерода содержит неполярный газ, оксид углерода или смесь их обоих.18. The method according to claim 11, wherein the carbon-based gas comprises a non-polar gas, carbon monoxide, or a mixture of both.
19. Способ по п. 18, при этом неполярные газы включают газообразный углеводород.19. The method according to p. 18, while non-polar gases include gaseous hydrocarbon.
20. Способ по п. 18, при этом оксид углерода включает монооксид углерода, диоксид углерода или смесь их обоих.20. The method of claim 18, wherein the carbon monoxide comprises carbon monoxide, carbon dioxide, or a mixture of both.
21. Способ по п. 11, при этом катализатор содержит металл, неорганическую соль металла или металлоорганическое соединение.21. The method of claim 11, wherein the catalyst comprises a metal, an inorganic metal salt, or an organometallic compound.
22. Способ по п. 11, при этом катализатор является порошковым и смешанным во взвеси с водным электролитом.22. The method according to p. 11, wherein the catalyst is powder and mixed in suspension with an aqueous electrolyte.
23. Способ по п. 11, при этом водный электролит выбран из сульфата магния, хлорида натрия, серной кислоты, хлороводорода, хлорида калия, бромида калия, иодида калия, морской соли или рассола.23. The method according to claim 11, wherein the aqueous electrolyte is selected from magnesium sulfate, sodium chloride, sulfuric acid, hydrogen chloride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, sea salt or brine.
24. Способ по п. 11, при этом водный электролит обладает концентрацией 0,1М-3М.24. The method according to p. 11, wherein the aqueous electrolyte has a concentration of 0.1 M-3 M.
25. Способ модификации цепи углеводородов и органических соединений, содержащий:25. A method of modifying a chain of hydrocarbons and organic compounds, comprising:
контактирование водного электролита с катализатором и газообразным сырьем, включающим газ на основе углерода, в зоне реакции; иcontacting the aqueous electrolyte with a catalyst and a gaseous feed comprising carbon based gas in the reaction zone; and
реагирование водного электролита, катализатора и газообразного сырья при температурах в диапазоне от -10°C до 1000°C и при давлениях в диапазоне от 0,1 атм до 100 атм с получением углеводорода с длинной цепью.the reaction of an aqueous electrolyte, catalyst, and gaseous feed at temperatures in the range from -10 ° C to 1000 ° C and at pressures in the range from 0.1 atm to 100 atm to produce a long-chain hydrocarbon.
26. Способ по п. 25, при этом реагирование водного электролита, катализатора и газообразного сырья включает в себя снабжение электроэнергией пары реакционных электродов.26. The method according to p. 25, wherein the reaction of the aqueous electrolyte, catalyst, and gaseous feedstocks comprises supplying electricity to a pair of reaction electrodes.
27. Способ по п. 25, при этом реагирование водного электролита, катализатора и газообразного сырья включает в себя электрическое закорачивание пары реакционных электродов в электролите при поддержании трехфазной границы раздела.27. The method of claim 25, wherein reacting the aqueous electrolyte, the catalyst, and the gaseous feed includes electric shorting the pair of reaction electrodes in the electrolyte while maintaining a three-phase interface.
28. Способ по п. 25, при этом контактирование водного электролита с катализатором и газообразным сырьем включает в себя введение водного электролита в непосредственный контакт с газодиффузионным электродом.28. The method according to p. 25, wherein the contacting of the aqueous electrolyte with the catalyst and the gaseous feed includes the introduction of the aqueous electrolyte in direct contact with the gas diffusion electrode.
29. Способ по п. 25, при этом контактирование водного электролита с катализатором и газообразным сырьем включает в себя введение жидких реагентов в непосредственный контакт с газодиффузионным электродом.29. The method according to p. 25, wherein the contacting of the aqueous electrolyte with the catalyst and the gaseous feed includes the introduction of liquid reagents into direct contact with the gas diffusion electrode.
30. Способ по п. 25, при этом:30. The method according to p. 25, wherein:
катализатор является твердым; иthe catalyst is solid; and
реакция протекает на трехфазной границе раздела между водным электролитом, твердым катализатором и газообразным сырьем.the reaction proceeds at a three-phase interface between an aqueous electrolyte, a solid catalyst and a gaseous feed.
31. Способ по п. 25, дополнительно содержащий оставление водного электролита неотфильтрованным в ходе реакции.31. The method of claim 25, further comprising leaving the aqueous electrolyte unfiltered during the reaction.
32. Способ по п. 25, при этом газ на основе углерода содержит неполярный газ, оксид углерода или смесь их обоих.32. The method of claim 25, wherein the carbon-based gas comprises a non-polar gas, carbon monoxide, or a mixture of both.
33. Способ по п. 32, при этом неполярные газы включают в себя газообразный углеводород.33. The method according to p. 32, while non-polar gases include gaseous hydrocarbon.
34. Способ по п. 32, при этом оксид углерода включает в себя монооксид углерода, диоксид углерода или смесь их обоих.34. The method of claim 32, wherein the carbon monoxide comprises carbon monoxide, carbon dioxide, or a mixture of both.
35. Способ по п. 25, при этом катализатор содержит металл, неорганическую соль металла или металлоорганическое соединение.35. The method of claim 25, wherein the catalyst comprises a metal, an inorganic metal salt, or an organometallic compound.
36. Способ по п. 35, при этом катализатор содержит элемент, выбранный из меди, серебра, золота, никеля, железа, олова, цинка, рутения, платины, палладия, рения или металла-лантаноида.36. The method of claim 35, wherein the catalyst comprises an element selected from copper, silver, gold, nickel, iron, tin, zinc, ruthenium, platinum, palladium, rhenium, or a lanthanide metal.
37. Способ по п. 35, при этом катализатор содержит металлоорганическую соль элемента, выбранного из меди, серебра, золота, никеля, железа, олова, цинка, рутения, платины, палладия, рения или металла-лантаноида.37. The method of claim 35, wherein the catalyst comprises an organometallic salt of an element selected from copper, silver, gold, nickel, iron, tin, zinc, ruthenium, platinum, palladium, rhenium, or a lanthanide metal.
38. Способ по п. 25, при этом катализатор является порошковым и смешанным во взвеси с водным электролитом.38. The method according to p. 25, wherein the catalyst is powder and mixed in suspension with an aqueous electrolyte.
39. Способ по п. 35, при этом водный электролит включает в себя соли щелочных или щелочноземельных металлов.39. The method of claim 35, wherein the aqueous electrolyte includes alkali or alkaline earth metal salts.
40. Способ по п. 39, при этом соли щелочных или щелочноземельных металлов включают в себя галогениды, сульфаты, сульфиты, карбонаты, нитраты или нитриты.40. The method of claim 39, wherein the alkali or alkaline earth metal salts include halides, sulfates, sulfites, carbonates, nitrates or nitrites.
41. Способ по п. 39, при этом водный электролит выбран из сульфата магния, хлорида натрия, серной кислоты, хлороводорода, хлорида калия, бромида калия, иодида калия, морской соли или рассола.41. The method according to claim 39, wherein the aqueous electrolyte is selected from magnesium sulfate, sodium chloride, sulfuric acid, hydrogen chloride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, sea salt or brine.
42. Способ по п. 25, при этом водный электролит выбран из сульфата магния, хлорида натрия, серной кислоты, хлороводорода, хлорида калия, бромида калия, иодида калия, морской соли или рассола.42. The method according to p. 25, wherein the aqueous electrolyte is selected from magnesium sulfate, sodium chloride, sulfuric acid, hydrogen chloride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, sea salt or brine.
43. Способ по п. 25, при этом водный электролит обладает концентрацией 0,1М-3М.43. The method according to p. 25, wherein the aqueous electrolyte has a concentration of 0.1 M-3 M.
44. Газодиффузионный электрод, содержащий:44. A gas diffusion electrode comprising:
гидрофобный слой, пористый для диоксида углерода и непроницаемый для водных электролитов;a hydrophobic layer porous for carbon dioxide and impermeable to aqueous electrolytes;
гидрофильный слой, связанный с гидрофобным слоем; иhydrophilic layer associated with a hydrophobic layer; and
покрытие из галогенида меди(I), расположенное вокруг связанных гидрофобного и гидрофильного слоев.a copper (I) halide coating located around the associated hydrophobic and hydrophilic layers.
45. Газодиффузионный электрод по п. 44, дополнительно содержащий:45. The gas diffusion electrode according to claim 44, further comprising:
порошок с высокой площадью поверхности, электроосажденный на покрытие из галогенида меди(I); иpowder with a high surface area, electrodeposited on a coating of copper (I) halide; and
покрывающий восстановитель.covering reducing agent.
46. Газодиффузионный электрод по п. 44, при этом гидрофильный слой включает в себя:46. The gas diffusion electrode according to claim 44, wherein the hydrophilic layer includes:
гидрофильную углеродную бумагу с дисперсией политетрафторэтилена;hydrophilic carbon paper with a dispersion of polytetrafluoroethylene;
покрытие из активированного угля на дисперсии политетрафторэтилена; иactivated carbon coating on a dispersion of polytetrafluoroethylene; and
медный катализатор, осажденный в поры активированного угля.copper catalyst deposited in the pores of activated carbon.
47. Газодиффузионный электрод по п. 44, при этом медный катализатор нанесен на частицы серебра.47. The gas diffusion electrode according to claim 44, wherein the copper catalyst is deposited on silver particles.
48. Способ изготовления газодиффузионного электрода, содержащий:48. A method of manufacturing a gas diffusion electrode, comprising:
связывание гидрофобного слоя, пористого для диоксида углерода и непроницаемого для водных электролитов, с гидрофильным слоем, несущим медный катализатор; иbonding a hydrophobic layer, porous for carbon dioxide and impermeable to aqueous electrolytes, with a hydrophilic layer carrying a copper catalyst; and
обработку медного катализатора для создания галогенида меди(I).treating the copper catalyst to create copper (I) halide.
49. Способ по п. 48, дополнительно содержащий:49. The method of claim 48, further comprising:
электроосаждение галогенида меди(I) с порошком с высокой площадью поверхности; иelectrodeposition of copper (I) halide with a powder with a high surface area; and
использование покрывающего восстановителя для создания наночастиц.the use of a coating reducing agent to create nanoparticles.
50. Способ по п. 48, дополнительно содержащий приготовление гидрофильного слоя, причем приготовление гидрофильного слоя включает в себя:50. The method according to p. 48, further comprising preparing a hydrophilic layer, the preparation of a hydrophilic layer comprising:
обработку гидрофильной углеродной бумаги дисперсией политетрафторэтилена;treating hydrophilic carbon paper with a dispersion of polytetrafluoroethylene;
покрытие дисперсии политетрафторэтилена пористым активированным углем; иcoating a polytetrafluoroethylene dispersion with porous activated carbon; and
осаждение медного катализатора в поры активированного угля.deposition of copper catalyst in the pores of activated carbon.
51. Способ по п. 50, дополнительно содержащий: смешивание обработанной, покрытой гидрофильной углеродной бумаги с осажденным медным катализатором с гидрофильным связующим веществом; и51. The method of claim 50, further comprising: mixing the treated, coated hydrophilic carbon paper with a precipitated copper catalyst with a hydrophilic binder; and
создание чернил из этой смеси и органического растворителя; намазывание смеси на гидрофобный слой.the creation of ink from this mixture and an organic solvent; spreading the mixture onto a hydrophobic layer.
52. Способ по п. 51, при этом органический растворитель включает в себя ПВС, ПВА или нафион.52. The method of claim 51, wherein the organic solvent includes PVA, PVA, or Nafion.
53. Способ по п. 48, при этом обработка медного катализатора для создания галогенида меди(I) включает в себя:53. The method of claim 48, wherein treating the copper catalyst to create copper (I) halide includes:
погружение связанных гидрофобного слоя и гидрофильного слоя в раствор хлороводородной кислоты и хлорида меди(II); иimmersion of the bound hydrophobic layer and the hydrophilic layer in a solution of hydrochloric acid and copper (II) chloride; and
нагревание погруженных связанных гидрофобного слоя и гидрофильного слоя до приблизительно 100°C в течение приблизительно 2 часов.heating the immersed bound hydrophobic layer and the hydrophilic layer to about 100 ° C. for about 2 hours.
54. Способ по п. 53, при этом обработка медного катализатора дополнительно включает в себя:54. The method according to p. 53, wherein the processing of the copper catalyst further includes:
покрывание частиц медного катализатора серебром; иcoating particles of copper catalyst with silver; and
покрывание покрытых серебром частиц медным катализатором перед погружением связанных гидрофобного слоя и гидрофильного слоя.coating silver coated particles with a copper catalyst before immersion of the bound hydrophobic layer and the hydrophilic layer.
55. Способ по п. 53, при этом обработка медного катализатора дополнительно включает в себя:55. The method according to p. 53, wherein the processing of the copper catalyst further includes:
пропитывание гидрофильного слоя серебром; иimpregnation of the hydrophilic layer with silver; and
покрывание пропитанного серебра медным катализатором перед погружением связанных гидрофобного слоя и гидрофильного слоя.coating the impregnated silver with a copper catalyst before immersion of the bound hydrophobic layer and the hydrophilic layer.
56. Способ по п. 48, при этом обработка медного катализатора для создания галогенида меди(I) включает в себя:56. The method of claim 48, wherein treating the copper catalyst to create copper (I) halide includes:
погружение связанных гидрофобного слоя и гидрофильного слоя в 3 М KBr или 3 М KI; и immersion of the bound hydrophobic layer and the hydrophilic layer in 3 M KBr or 3 M KI; and
пропускание 4В-го импульса электричества через связанные гидрофобный слой и гидрофильный слой.transmission of the 4Vth pulse of electricity through the associated hydrophobic layer and the hydrophilic layer.