CN108286054B - 一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法 - Google Patents

一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法，属于二氧化碳资源化利用技术领域。所述电解池隔膜为多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、多孔聚偏氟乙烯膜、多孔聚苯并咪唑膜、多孔硅油纸膜或多孔甲基硅树脂膜。将有机电解液注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液；将水溶液注入到阳极室中；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极和阳极，在常温常压、电解电压为3.4～4.1V进行电解，在阴极上生成一氧化碳。本发明采用低成本多孔隔膜用以替代价格昂贵的全氟磺酸膜，构建新型隔膜电解池，采用该新型隔膜电解池用于电解二氧化碳制一氧化碳。

Description

一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法
技术领域
本发明涉及一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法，属于二氧化碳资源化利用技术领域。
背景技术
化石燃料是当前最主要的能量来源。随着社会的发展，对煤、石油、天然气的需求量不断增大，不仅加剧了化石燃料的枯竭，也增加了空气中CO2的含量。面对日益严峻的能源和环境问题，开发可再生能源替代化石燃料显得尤为重要。但是，利用风能、太阳能等可再生能源大规模发电时，由于受到季节、气候、环境和日照等多种因素的限制，发出的电量具有间歇性和不稳定性。将数量巨大的可再生电能直接接入电网，时断时续、时强时弱的电量供应会对电网造成冲击，严重时可导致电网瘫痪。因此，研发可再生电能储存技术，成为能源环境领域亟待解决的重大现实问题。
本项目拟采用CO2、H2O为原料储存在可再生电能，研究思路为：以可再生电能为电解电源，用电化学催化还原的方法将CO2、H2O转化为CO、H2，得到合成气，即CO和H2的混合气体，然后用成熟的工业技术将合成气转化为液态燃料或高值化学品。通过这种方法，可以将可再生电能转化为化学能储存起来。
电解CO2制CO，是上述技术路线的核心关键环节。传统电解CO2制CO的技术，通常采用隔膜电解池，隔膜是电解池最核心的构件之一，隔膜通常采用全氟磺酸膜，全氟磺酸膜是一种氢离子选择性透过膜，这种以全氟磺酸膜为隔膜的电解池其结构与工作原理如本发明的图1一样：用全氟磺酸膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，阴极室中注入溶有大量CO2的水溶液或有机溶液，阳极室中注入水溶液，反应过程中，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，氢离子通过全氟磺酸膜迁移到阴极，参与CO2电还原反应，生成CO。但是，由于全氟磺酸膜价格昂贵，限制了上述技术的工业化应用。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜和应用方法。本发明采用低成本多孔隔膜用以替代价格昂贵的全氟磺酸膜，构建新型隔膜电解池，采用该新型隔膜电解池用于电解二氧化碳制一氧化碳。本发明通过以下技术方案实现。
一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、多孔聚偏氟乙烯膜、多孔聚苯并咪唑膜、多孔硅油纸膜或多孔甲基硅树脂膜。
所述多孔聚乙烯膜孔径150～500nm，孔隙率为20～60%，厚度为10～150μm；所述多孔聚丙烯膜孔径100～200nm，孔隙率为30～60%，厚度为20～170μm；所述多孔聚偏氟乙烯膜孔径为100～250nm，孔隙率为25～75%，厚度为15～350μm；所述多孔聚苯并咪唑膜孔径100～250nm，孔隙率为15～35%，厚度在25～200μm；所述多孔硅油纸膜孔径100～270nm，孔隙率为20～35%，厚度为25～300μm；所述多孔甲基硅树脂膜孔径为100～200nm，孔隙率为25～55%，厚度在15～300μm。
一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，应用方法具体包括：
将浓度为0.15～3.5mol/L的有机电解液注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液；配制0.2～2.2mol/L的水溶液，注入到阳极室中；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极和阳极，在常温常压、电解电压为3.4～4.1V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部排出。
所述有机电解液中有机溶剂为碳酸丙烯酯、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种任意比例组成的混合溶剂；有机电解液中有机支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基三氟甲基磺酸、四丁基对甲苯磺酸铵、咪唑类离子液体、吡啶类离子液体中的一种或几种任意比例组成的混合电解质。
咪唑类离子液体的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，R1、R2为C1-C5的碳氢链；M、N为连接到碳氢链上的官能团或氢原子，官能团为：—NH2、—CN或—OH；X-为CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、HCO3 -、H2PO4 -、HSO4 -、Cl-、Br-、I-；
吡啶类离子液体的结构式为：
Figure 902447DEST_PATH_IMAGE002
其中，R1、R2为C1-C5的碳氢链；M、N为连接到碳氢链上的官能团或氢原子，官能团为：—NH2、—CN或—OH；X-为CF3SO3 -、CF3COO-、(CF3SO2)2N-、HCO3 -、H2PO4 -、HSO4 -、Cl-、Br-、I-。
所述水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为硫酸、磷酸二氢钾、硫酸氢钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠、硫酸氢钾中的一种或几种任意比例组成的混合电解质。
所述阴极为Au、Ag、Zn或Cu电极中的一种或几种任意比例组成的合金。
所述阳极为石墨电极或IrO2·Ta2O5涂层钛电极。
电极反应为：
阳极反应：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
阴极反应：
Figure 694954DEST_PATH_IMAGE004
总反应：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
电解池隔膜有六种：多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、多孔聚偏氟乙烯膜、多孔聚苯并咪唑膜、多孔硅油纸膜和多孔甲基硅树脂膜，各自的合成方法及技术要求如下：
（1）多孔聚乙烯膜
将聚乙烯与稀释剂按一定比例混合，加热互溶后形成均相溶液，将均相溶液制成所需形状，使其逐渐冷却，在此过程中，聚乙烯首先凝固，与稀释剂发生相分离，由于稀释剂被包夹在聚乙烯中，使得聚乙烯呈多孔结构。用溶剂萃取的方法提取其中的稀释剂，蒸发萃取剂，得到多孔聚乙烯膜。满足要求的稀释剂为液体石蜡、水杨酸甲酯、二苯醚或二苯甲烷。满足要求的萃取剂为三氯乙烯、正戊烷、正己烷、正庚烷、环己烷、四氢呋喃、对甲苯、甲苯或乙酸乙酯。调节聚乙烯与稀释剂的配比，使生成的多孔聚乙烯膜孔径在150～500nm之间，孔隙率为20～60%，厚度在10～150μm之间。
（2）多孔聚丙烯膜
将聚丙烯、无机颗粒和增塑剂混合熔融，得到熔融体，引入到挤出机中，挤出并快速冷却，在应力场下形成硬弹性膜。将这种硬弹性膜进一步拉伸，得到微孔薄膜。为了防止微孔膜进一步收缩，须在130℃下保持一段时间，得到多孔聚丙烯膜。满足要求的无机颗粒为硅、铝、钛的氧化物或氮化物，这些无机物可以各自单独使用，也可以两种或多种混合使用；满足要求的增塑剂为液态石蜡、邻苯二甲酸酯、癸二酸酯、硬脂酸酯、己二酸酯和磷酸酯，这些增塑剂可以各自单独使用，也可以两种或多种混合使用。通过调节拉伸温度和强度，使生成的多孔聚丙烯膜的孔径在100～200nm之间，孔隙率为30～60%，膜厚度在20～170μm之间。
（3）多孔聚偏氟乙烯膜
将聚偏氟乙烯粉末溶解在丙酮与N,N-二甲基甲酰胺的溶液中，丙酮与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为3:1，然后将上述溶液装入带有针头的注射器中，采用静电纺丝设备进行纺丝，得到电纺膜，然后在氩气气氛中将电纺膜浸渍于电解液中，电解液为含六氟磷酸锂的有机溶液，所述有机溶液包含碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯两种有机溶剂，质量比为1:1。达到吸液平衡后取出电纺膜，用滤纸拭干表面余液，得到多孔聚偏氟乙烯膜。调节聚偏氟乙烯粉末在丙酮/N,N-二甲基甲酰胺溶液中的浓度，控制制备电纺膜的工艺条件，使生成的多孔聚偏氟乙烯膜的孔径在100～250nm之间，孔隙率为25～75%，厚度在15～350μm之间。
（4）多孔聚苯并咪唑膜
合成多孔聚苯并咪唑膜需要两种单体，各自的合成方法如下：
第一种单体的合成方法为：将3,4-二氨基甲苯和2,6-吡啶二甲酸加入三颈圆底烧瓶中，添加多聚磷酸作为溶剂，通入N2并机械搅拌，然后在微波反应器中加热。反应完毕后，得到一种粘稠混合物，将这种粘稠混合物用N,N-二甲基甲酰胺/H2O混合溶液（质量比为1:2）进行重结晶，减压抽滤，得到的纯品在鼓风干燥箱中70℃下干燥24h，得到土黄色的中间产物，将此中间产物与浓硫酸、KMnO4加入到三颈圆底烧瓶中，缓慢升温至55℃，恒温保持24h，得到合成多孔聚苯并咪唑膜的第一种单体。合成第一种单体的方法图2所示。
第二种单体的合成方法为：将3,4-二氨基甲苯和间苯二甲酸加入三颈圆底烧瓶中，添加多聚磷酸作为溶剂，通入N2并机械搅拌，然后在微波反应器中加热。反应完毕后，得到一种粘稠混合物，将这种粘稠混合物用N,N-二甲基甲酰胺/H2O混合溶液（质量比为1:2）进行重结晶，减压抽滤，得到的纯品在鼓风干燥箱中70℃下干燥24h，得到土黄色的中间产物，将此中间产物与浓硫酸、KMnO4加入到三颈圆底烧瓶中，缓慢升温至55℃，恒温保持24h，得到合成多孔聚苯并咪唑膜的第二种单体。合成第二种单体的方法如图3所示。
将上述两种单体与3,3′-二氨基联苯胺加入多聚磷酸中，在氮气气氛下迅速升温至270℃，在机械搅拌下反应1.5h，得到初级产品。将这种产品冷却至室温，粉碎后重新加入反应器，升温至360℃，反应lh，然后冷却、水洗、碱洗、减压抽滤，得到含苯并咪唑聚合物的混合产物。将这种混合物水洗、碱洗，除去由多聚磷酸水解产生的磷酸，产物经干燥后得到聚合物固体粉末。将上述固体粉末溶于二甲基亚砜中，得到聚合物溶液。将这种溶液浇铸在玻璃容器中加热，使溶剂挥发，得到多孔聚苯并咪唑膜。调控反应条件，使生成的多孔聚苯并咪唑膜孔径在100～250nm之间，孔隙率为15～35%，厚度在25～200μm之间。
（5）多孔硅油纸膜
用打浆机将亚硫酸盐木浆粕进行打浆，然后用疏解机对木浆进行挤压、撞击、摩擦和揉搓，得到的纸浆经过成型、脱水、烘干制成多孔硅油纸底纸。在底纸的两面涂覆经石油醚和铂金催化剂稀释后的硅油涂料，然后用140℃无明火的热风干燥，再采用30s红外干燥，最后得到多孔硅油纸膜。通过控制石油醚和铂金催化剂对硅油涂料的稀释度，使生成的多孔硅油纸膜孔径在100～270nm，孔隙率为20～35%，厚度在25～300μm之间。
（6）多孔甲基硅树脂膜
将γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷加入15mL的甲基硅树脂溶液中，选取氨水作为催化剂，加入上述混合液，超声3min~5min，静置。然后将所得样品置于50℃的水浴锅中，反应4h，而后升温至60℃，持续24h，使获得的稳定凝胶老化，再用无水乙醇溶液对得到的样品进行溶剂替换，最后在常压条件下进行干燥，得到多孔甲基硅树脂膜。通过控制γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷的用量和反应温度，使生成的多孔甲基硅树脂膜在100～200nm之间，孔隙率为25～55%，厚度在15～300μm之间。
上述若没有提及到浓度的试剂均为分析纯试剂。
本发明的有益效果是：
以本发明低成本多孔隔膜根据多孔薄膜的物理化学性质和特征选择适当的电解液和电极材料，在这样组建的电解池中能应用到电解二氧化碳制一氧化碳，电解池的成本大幅度降低，电能效率提高，生产一氧化碳的成本和能源消耗相应减少。
电解池隔膜制备方法简单、原料来源丰富、价格低廉、耐腐蚀性强、性能稳定，在二氧化碳电还原领域发展潜力巨大。
附图说明
图1是本发明电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜组建的电解池结构示意图；
图2是本发明第一种单体制备方法图；
图3是本发明第二种单体制备方法图。
图中：1-多孔电解池隔膜，2-阴极室电解液，3-阳极室电解液，4-阴极，5-阳极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚乙烯膜。其中多孔聚乙烯膜孔径150nm，孔隙率为30%，厚度为20μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为0.2mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为碳酸丙烯酯；有机电解液中有机支持电解质为四丁基高氯酸铵）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制0.4mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为硫酸，即为稀硫酸水溶液），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Au）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为石墨电极），在常温常压、电解电压为3.7V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例2
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚乙烯膜。其中多孔聚乙烯膜孔径500nm，孔隙率为60%，厚度为150μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为0.15mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为二甲亚砜；有机电解液中有机支持电解质为四丁基三氟甲基磺酸）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制0.2mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为磷酸二氢钾），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Ag）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为3.8V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例3
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚乙烯膜。其中多孔聚乙烯膜孔径400nm，孔隙率为20%，厚度为10μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为3.5mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为质量比为1:1的N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺混合溶剂；有机电解液中有机支持电解质为质量比为1:1的四丁基三氟甲基磺酸和四丁基对甲苯磺酸铵混合电解质）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制2.2mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为质量比为1:1的碳酸氢钠和碳酸氢钾混合电解质），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Zn）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为3.4V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例4
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚丙烯膜。其中多孔聚丙烯膜孔径100nm，孔隙率为30%，厚度为20μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为2.5mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为二甲亚砜；有机电解液中有机支持电解质为咪唑类离子液体1-丁基-3甲基咪唑氯盐）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制1.0mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为磷酸二氢钠），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Cu）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为4.1V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例5
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚丙烯膜。其中多孔聚丙烯膜孔径200nm，孔隙率为60%，厚度为170μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为1.8mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为碳酸丙烯酯；有机电解液中有机支持电解质为吡啶类离子液体溴化N-正丁基吡啶）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制1.8mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为硫酸氢钾），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Cu）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为4.0V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例6
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚丙烯膜。其中多孔聚丙烯膜孔径150nm，孔隙率为40%，厚度为100μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为2.0mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；有机电解液中有机支持电解质为四丁基对甲苯磺酸铵）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制0.9mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为碳酸氢钠），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Ag）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为3.8V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例7
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚偏氟乙烯膜。其中多孔聚偏氟乙烯膜孔径250nm，孔隙率为75%，厚度为300μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为3.0mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；有机电解液中有机支持电解质为四丁基对甲苯磺酸铵）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制2.0mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为碳酸氢钾），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Ag）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为4.1V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例8
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔聚苯并咪唑膜。其中多孔聚苯并咪唑膜孔径100nm，孔隙率为25%，厚度为100μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为2.5mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；有机电解液中有机支持电解质为四丁基对甲苯磺酸铵）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制1.8mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为碳酸氢钾），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Au）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为IrO2·Ta2O5涂层钛电极），在常温常压、电解电压为3.4V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例9
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔硅油纸膜。其中多孔硅油纸膜孔径270nm，孔隙率为30%，厚度为80μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为1.8mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；有机电解液中有机支持电解质为四丁基对甲苯磺酸铵）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制1.8mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为碳酸氢钾），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为Au）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为石墨电极），在常温常压、电解电压为3.6V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
实施例10
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜，所述电解池隔膜为多孔甲基硅树脂膜。其中多孔甲基硅树脂膜孔径20nm，孔隙率为55%，厚度为300μm。
该电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，用多孔的电解池隔膜1将电解池分隔成阴极室和阳极室，如图1所示，应用方法具体包括：
将浓度为3.0mol/L的有机电解液（有机电解液中有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮；有机电解液中有机支持电解质为四丁基对甲苯磺酸铵）注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液为阴极室电解液2；配制2.2mol/L的水溶液（水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为碳酸氢钾），注入到阳极室中为阳极室电解液3；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极4（浸没在阴极室电解液2，阴极4为金银合金，其中Au55%、Ag45%）和阳极5（浸没在阳极室电解液3，阳极5为石墨电极），在常温常压、电解电压为3.8V进行电解，水在阳极上发生氧化反应，生成氢离子和氧气，生成的氢离子经电解池隔膜迁移到阴极，参与二氧化碳电还原反应，在阴极4上生成一氧化碳，一氧化碳从阴极室顶部流出。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (5)

1.一种电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，其特征在于：用多孔的电解池隔膜将电解池分隔成阴极室和阳极室，应用方法具体包括：
将浓度为0.15～3.5mol/L的有机电解液注入到阴极室中，然后向有机电解液中通入二氧化碳得到溶有二氧化碳的饱和溶液；配制0.2～2.2mol/L的水溶液，注入到阳极室中；阴极室和阳极室中分别插入浸没在溶液中的阴极和阳极，在常温常压、电解电压为3.4～4.1V进行电解，在阴极上生成一氧化碳；所述电解池隔膜为多孔聚乙烯膜、多孔聚丙烯膜、多孔聚偏氟乙烯膜、多孔硅油纸膜或多孔甲基硅树脂膜；
所述多孔聚乙烯膜孔径150～500nm，孔隙率为20～60%，厚度为10～150μm；所述多孔聚丙烯膜孔径100～200nm，孔隙率为30～60%，厚度为20～170μm；所述多孔聚偏氟乙烯膜孔径为100～250nm，孔隙率为25～75%，厚度为15～350μm；所述多孔硅油纸膜孔径100～270nm，孔隙率为20～35%，厚度为25～300μm；所述多孔甲基硅树脂膜孔径为100～200nm，孔隙率为25～55%，厚度在15～300μm。
2.根据权利要求1所述的电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，其特征在于：所述有机电解液中有机溶剂为碳酸丙烯酯、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种任意比例组成的混合溶剂；有机电解液中有机支持电解质为四丁基高氯酸铵、四丁基三氟甲基磺酸、四丁基对甲苯磺酸铵、咪唑类离子液体、吡啶类离子液体中的一种或几种任意比例组成的混合电解质。
3.根据权利要求1所述的电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，其特征在于：所述水溶液为含有支持电解质的水溶液，支持电解质为硫酸、磷酸二氢钾、硫酸氢钠、碳酸氢钠、碳酸氢钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠、硫酸氢钾中的一种或几种任意比例组成的混合电解质。
4.根据权利要求1所述的电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，其特征在于：所述阴极为Au、Ag、Zn或Cu电极中的一种或几种任意比例组成的合金。
5.根据权利要求1所述的电解二氧化碳制一氧化碳的电解池隔膜的应用方法，其特征在于：所述阳极为石墨电极或IrO2·Ta2O5涂层钛电极。
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