CN113117506A - 一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法 - Google Patents
一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113117506A CN113117506A CN202110410794.9A CN202110410794A CN113117506A CN 113117506 A CN113117506 A CN 113117506A CN 202110410794 A CN202110410794 A CN 202110410794A CN 113117506 A CN113117506 A CN 113117506A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- chamber
- gas
- anode
- cathode
- electrolysis
- 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.)
- Pending
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 397
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 182
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 128
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 107
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 171
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 50
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 42
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 119
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 63
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 38
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 34
- 239000004575 stone Substances 0.000 claims description 34
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 18
- VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N sodium nitrate Chemical group [Na+].[O-][N+]([O-])=O VWDWKYIASSYTQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000007599 discharging Methods 0.000 claims description 17
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 17
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 16
- 239000007832 Na2SO4 Substances 0.000 claims description 13
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 13
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 13
- 229910052938 sodium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 12
- FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N potassium nitrate Chemical compound [K+].[O-][N+]([O-])=O FGIUAXJPYTZDNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052939 potassium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 229910001488 sodium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L Sodium Sulfate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]S([O-])(=O)=O PMZURENOXWZQFD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 229910001487 potassium perchlorate Inorganic materials 0.000 claims description 6
- BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M sodium perchlorate Chemical compound [Na+].[O-]Cl(=O)(=O)=O BAZAXWOYCMUHIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 7
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 abstract description 5
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 51
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 29
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 26
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 23
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 11
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 8
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 6
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 238000004817 gas chromatography Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L calcium carbonate Substances [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 2
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L strontium carbonate Chemical compound [Sr+2].[O-]C([O-])=O LEDMRZGFZIAGGB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910000018 strontium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical group [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000020477 pH reduction Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming 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
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/77—Liquid phase processes
- B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
-
- 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
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- 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
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
Abstract
本发明提供一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法。该电解装置包括：电源、阳极腔室、阴极腔室和气体吸收腔室。该方法包括如下步骤：1)阳极电解液被电解以提供O2和H+；2)阴极电解液被电解以提供H2和OH‑；3)含有OH‑的阴极电解液吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；4)含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。本发明在同一电解装置中同时实现CO2的捕集和CO2吸收剂的生成，完全避免生成或使用难溶于水的金属碳酸盐沉淀，而且在电解装置的不同腔室分别生成高纯CO2、H2和O2。
Description
技术领域
本发明属于气体分离技术领域，涉及一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法。
背景技术
二氧化碳(CO2)是一种温室气体。大气中CO2的持续升高导致全球变暖和海洋酸化等严重的气候和环境问题。世界上很多碳排放大国达成共识，努力争取在2050年或2060年左右实现碳中和。CO2捕集技术有望在实现碳中和的进程中发挥重要作用。通常，电厂所排放的烟气中的CO2含量约为10％左右，而空气的CO2含量较低，约为410ppm。特别值得注意的是，从工业废气或空气中捕集CO2是一个全球性的大规模问题，因此需要找到一个高效、低成本、易于规模化的方案。
目前，工业上捕集CO2的方法仍然存在各种各样的问题。在CO2捕集工业中占主导地位的方法是用基于一乙醇胺的有机溶剂来吸收烟气中的CO2。但是，一乙醇胺的成本较高，而且在工艺过程中存在严重挥发的问题。另外，因为一乙醇胺在空气中不稳定，所以并不适用于从空气中直接捕集CO2。加拿大的碳工程公司开发了从空气中直接捕获CO2的技术，其工艺包括三个主要环节：第一，在一个反应器中使用NaOH或KOH固定CO2，生成Na2CO3或K2CO3；第二，将含有Na2CO3或K2CO3的溶液传输至另一个装有Ca(OH)2的反应器中，使Na2CO3或K2CO3与Ca(OH)2反应，生成CaCO3沉淀，实现NaOH或KOH的再生；第三，使用高温分解的方法使CaCO3分解成CaO和CO2，生成的CaO再吸水生成Ca(OH)2。虽然此过程可以较为有效地从空气中吸收CO2，但是此工艺涉及的步骤较多，过程复杂，在转移过程有较多的物质损失；此外，CaCO3在900℃左右的高温分解非常耗能。
为了解决上述挑战，寻求工艺简单、高效、低能耗、低成本、环境友好、并且能稳定运行的从工业废气和空气中捕集二氧化碳的新方法至关重要。
发明内容
鉴于以上所述技术的缺点，本发明的目的在于提供一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的方法及电解装置，用于解决现有技术中能耗高、成本高和环境污染的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明第一方面提供一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置，包括：
电源；
阳极腔室，所述阳极腔室内设有阳极，用于阳极电解液被电解以提供O2和H+，降低阳极周围pH；所述阳极与所述电源连接；
阴极腔室，所述阴极腔室内设有阴极，用于阴极电解液被电解以提供H2和OH-；所述阴极与所述电源连接；所述阴极腔室与所述阳极腔室连通，且连通处设有扩散件，用于隔离所述阳极和所述阴极，同时允许阳极电解液扩散至所述阴极腔室；
气体吸收腔室，所述气体吸收腔室与所述阴极腔室连通，用于将含有OH-的阴极电解液通入至所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；所述气体吸收腔室还与所述阳极腔室连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
本发明第二方面提供一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的方法，采用上述电解装置，包括如下步骤：
1)阳极电解液被电解以提供O2和H+，其中，所述阳极电解液包括水；
在阳极侧发生半反应：H2O＝1/2O2(g)+H++2e-。伴随着氧气(O2)的生成，阳极有氢离子(H+)持续的生成，使得阳极附近的pH值降低，例如降低到pH值1～3；
2)阴极电解液被电解以提供H2和OH-，其中，所述阴极电解液包括水；
在阴极侧发生半反应：2H2O+2e-＝H2(g)+2OH-。伴随着氢气(H2)的生成，阳极有氢氧根离子(OH-)持续的生成，使得阳极附近的pH值升高，例如升高到pH值11～13；
3)步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；
所述步骤2)中的阴极电解液中产生的OH-能输运到气体吸收腔室中，使气体吸收腔室的电解液也呈碱性；工业废气或空气中的CO2与OH-反应生成CO3 2-和/或HCO3 -，反应式为CO2+2OH-＝CO3 2-+H2O和/或CO2+OH-＝HCO3 -；
4)步骤3)得到的含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：
11)步骤1)中，所述阳极电解液选自NaNO3，NaClO4，Na2SO4，KNO3，KClO4和K2SO4水溶液电解液中的一种或多种；
12)步骤1)中，所述阳极电解液的浓度为0.5～1.5mol/L；
13)步骤1)中，电解温度为20～95℃，如20～50℃、50～95℃、50～60℃、60～70℃、70～80℃、80～85℃、85～90℃或90～95℃；
14)步骤1)中，电解电压为2.5～6.3V，如2.5～3.6V、3.6～3.7V、3.7～3.8V、3.8～4.0V、4.0～4.1V、4.1～4.2V、4.2～4.3V、4.3～4.4V、4.4～4.5V、4.5～4.6V、4.6～4.9V、4.9～5.8V或5.8～6.3V；
15)步骤1)中，电解时间为6～72小时，如6～12h、12～16h，16～20h或20～24h；
21)步骤2)中，所述阴极电解液选自NaNO3，NaClO4，Na2SO4，KNO3，KClO4和K2SO4水溶液电解液中的一种或多种；
22)步骤2)中，所述阴极电解液的浓度为0.5～1.5mol/L；
23)步骤2)中，电解温度为20～95℃，如20～55℃、55～70℃或70～95℃；
24)步骤2)中，电解电压为2.5～6.3V，如2.5～3.6V、3.6～3.7V、3.7～3.8V、3.8～4.0V、4.0～4.1V、4.1～4.2V、4.2～4.3V、4.3～4.4V、4.4～4.5V、4.5～4.6V、4.6～4.9V、4.9～5.8V或5.8～6.3V；
25)步骤2)中，电解时间为6～72小时；
31)步骤3)中，步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液通入所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；或者，步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液通入装有溶液的所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；所述气体吸收腔室可以事先装有所述溶液，也可以事先不装有所述溶液，将步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液通入；
32)步骤3)中，反应温度为20～95℃；
33)步骤3)中，工业废气中CO2的体积含量为2％～20％；
41)步骤4)中，步骤3)得到的含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入所述阳极腔室，与含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳；或者，步骤3)得到的含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入气体释放腔室，与含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳；可在阳极腔室收集到O2和CO2的混合气；或者，可在气体释放腔室收集到高纯CO2，在阳极腔室收集到高纯O2，都具有经济价值；
42)步骤4)中，反应温度为20～95℃。
更优选地，还包括如下技术特征中的至少一种：
311)特征31)中，所述溶液选自NaNO3，NaClO4，Na2SO4，KNO3，KClO4和K2SO4水溶液中的一种或多种；
312)特征31)中，所述溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明利用电化学的方法，在同一电解装置中，同时实现CO2的捕集和CO2吸收剂的生成，避免使用或者生成任何难溶于水的碳酸盐沉淀，而且在电解装置的不同腔室分别生成高纯H2，O2和CO2，因此工艺简单而且有效。这里，CO2的捕集是在工业废气或空气中的CO2与气体吸收腔室的OH-反应，生成游离的CO3 2-和/或HCO3 -；CO2吸收剂的生成指的是通过电解在阴极生成OH-。
具体而言，(1)在本发明所提供的电解装置及方法中，利用电解水过程在阳极腔室、阴极腔室中产生的酸碱度梯度，可以有效地捕集CO2，而且可以有效环保的将溶于水的金属碳酸盐转化为相应的溶于水的金属阳离子以及CO2气体，从而避免了额外使用酸和金属碳酸盐反应。也避免了使用以难溶于水的金属碳酸盐(如CaCO3，BaCO3，SrCO3)的形式来固定CO2，从而简化了工艺。也避免了使用高温(约900℃)的方法分解难溶于水的碳酸盐，从而降低了能耗。(2)在本发明所提供的电解装置及方法中，电解水所产生的OH-可以直接通过泵输运至气体吸收腔室，与工业废气或空气中的CO2反应生成游离的游离碳酸根离子(CO3 2-)和/或游离碳酸氢根离子(HCO3 -)，起到有效固定CO2的作用，避免了额外使用碱性物质来固定CO2，而且工艺大大简化。(3)另外，将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通过泵输运至气体释放腔室，游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子与酸性的含有H+的阳极电解液反应，生成高纯CO2。(4)此外，传统电解中性水的能斯特电压约为1.23V(室温下)，然而，在阴极和阳极产生pH梯度差(ΔpH)之后，能斯特电压会上升0.059×ΔpH(单位：V)，与之相比，本发明所提供的电解装置及方法通过使气体吸收腔室中的吸收了CO2的碱性溶液和阳极酸性电解液混合并反应，可以一定程度上避免产生极大的梯度差，从而降低了电解所需电压，进而降低了能耗。在本发明所提供的电解装置及方法中，以上所述的过程在同一电解装置同时进行，因此使得CO2捕集的工艺大大简化。
另外，该方法使用的CO2的吸收剂是氢氧化物水溶液，吸收CO2的能力强，成本低，易于规模化。
此外，该方法完全避免了将CO2以难溶于水的碳酸盐(如CaCO3，BaCO3，SrCO3)的形式固定下来，相应地，也就避免了后续的对难溶于水的碳酸盐的收集、转移和分解等处理步骤，因此简化了工艺。
此外，该方法也避免了使用昂贵的离子交换膜。同时，电解水的过程生成了有经济价值的氢气和氧气。
还有，该电解装置设计将阴极腔室和气体吸收腔室分离，避免了通过气体吸收腔室的空气与在阴极腔室产生的氢气的接触，从而避免爆炸事故的发生，安全性较高。
值得一提的是，该反应装置的设计不是唯一的。例如，气体释放腔室的使用不是必需的，如图1所示，气体吸收腔室中含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液可以直接通过泵输运至阳极腔室，这样可以在阳极腔室生成O2和CO2的混合气。
本发明方法工艺简单、环境友好、易于规模化，有望大幅度降低捕集CO2的成本，具有良好的产业化前景。
附图说明
图1是本发明从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置的结构示意图。
图2是本发明的另一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置的结构示意图。
图3是实施例1在电解实验开始10h后从阳极腔室排出气体的气相色谱仪分析结果。
图4是实施例2在电解实验开始12h后从阳极腔室排出气体的气相色谱仪分析结果。
图5是实施例3在电解实验开始6h后从气体释放腔室排出气体的气相色谱仪分析结果。
图6是实施例3在电解实验开始12h后从气体释放腔室排出气体的气相色谱仪分析结果。
图7是实施例4在电解实验开始6h后从气体释放腔室排出气体的气相色谱仪分析结果。
图8是实施例4在电解实验开始12h后从气体释放腔室排出气体的气相色谱仪分析结果。
附图标记
1 电源
2 阳极腔室
21 阳极
22 第一气体出口
23 第三通管
24 第一促进气体形成部件
3 阴极腔室
31 阴极
32 第二气体出口
33 第一通管
4 扩散件
5 气体吸收腔室
51 第一进口
52 通气管
53 第三气体出口
54 第二通管
55 气体分散部件
6 第一连通腔室
7 第一泵
8 第二泵
9 气体释放腔室
91 第四气体出口
92 第四通管
93 第二促进气体形成部件
10 第二连通腔室
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
经过大量研究发现一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法：电解水过程中在阳极附近形成酸性环境，在阴极附近形成碱性环境；电解水过程在阴极附近形成碱性环境，所产生的OH-通入气体吸收腔室，并与通入的工业废气或空气中的CO2反应生成游离的游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子，实现CO2的固定，避免了生成金属碳酸盐沉淀。与此同时，将含有游离的游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入阳极腔室或气体释放腔室，并与阳极电解液中的H+反应生成CO2。总之，该电解装置内部形成了一个溶液流动的环路，CO2的吸收反应和释放反应可以持续不间断地进行，从而实现了从工业废气或空气中捕集CO2。
一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置，其特征在于，包括：
电源1；
阳极腔室2，所述阳极腔室2内设有阳极21，用于阳极电解液被电解以提供O2和H+，降低阳极周围pH；所述阳极21与所述电源1连接；
阴极腔室3，所述阴极腔室3内设有阴极31，用于阴极电解液被电解以提供H2和OH-；所述阴极31与所述电源1连接；所述阴极腔室3与所述阳极腔室2连通，且连通处设有扩散件4，用于隔离所述阳极21和所述阴极31，同时允许阳极电解液扩散至所述阴极腔室3；
气体吸收腔室5，所述气体吸收腔室5与所述阴极腔室3连通，用于将含有OH-的阴极电解液通入至所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；所述气体吸收腔室5还与所述阳极腔室2连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。在一优选的实施方式中，所述电解装置还包括第一连通腔室6，所述阳极腔室2经所述第一连通腔室6与所述阴极腔室3连通；所述阳极腔室2与所述阴极腔室3分别与所述第一连通腔室6的连接处均设有所述扩散件4。
本发明在同一电解装置中同时实现CO2的捕集和CO2吸收剂的生成，完全避免生成或使用任何难溶于水的金属碳酸盐沉淀，而且在电解装置的不同腔室分别生成高纯CO2、H2和O2。
本发明所提供的电解装置中，所述电源没有限定。
本发明所提供的电解装置中，为减少液体对流，在电解装置阳极腔室和阴极腔室之间设置了扩散件4，有助于在阳极腔室和阴极腔室之间建立起pH梯度，例如棉质纤维件，材质可以是滤纸、布等；例如多孔陶瓷件，材质可以是多孔氧化铝等。阳极电解液和阴极电解液通过扩散件4分开。扩散件4可以使得水和离子通过到达阴极。
阳极腔室和阴极腔室形成电解体系。阳极腔室装有阳极电解液，阳极电解液包括水，被电解以提供O2和H+。阴极腔室装有阴极电解液，阴极电解液包括水，被电解以提供H2和OH-。OH-可通过泵的输运到达气体吸收腔室中，使气体吸收腔室装有呈碱性的阴极电解液。将含有二氧化碳的工业废气或空气通入气体吸收腔室里，二氧化碳将被呈碱性的阴极电解液所吸收，生成游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子。所述的游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子以游离的离子形式在溶液中存在。含有游离碳酸根离子的溶液转移至阳极腔室，与呈酸性的阳极电解液反应生成CO2。
在一优选的实施方式中，所述电源1的正极和负极分别与所述阳极21和所述阴极31连接。
在一优选的实施方式中，所述阳极腔室2设有第一气体出口22，用于排出O2和CO2。
在一优选的实施方式中，所述阴极腔室3设有第二气体出口32，用于排出H2。可通过外部的收集装置收集H2。
在一优选的实施方式中，所述阴极腔室3设有第一通管33，所述气体吸收腔室5设有第一进口51，所述第一通管33与所述第一进口51连通。
在一优选的实施方式中，所述电解装置还包括第一泵7，所述阴极腔室3经所述第一泵7与所述气体吸收腔室5连通。
所述气体吸收腔室可以是封口的，也可以是开口的，直接从外界气体中吸收CO2。在一优选的实施方式中，所述气体吸收腔室5设有通气管52，用于通入包含CO2的工业废气或空气。
在一优选的实施方式中，所述通气管52的出气端设有气体分散部件55。使用气体分散部件55将气泡分散以增加与碱性溶液(含有OH-的阴极电解液)的接触面积，从而促进CO2气体的吸收。
在一优选的实施方式中，所述气体分散部件55的材料为气泡石。
在一优选的实施方式中，所述气体吸收室5设有第三气体出口53，用于排出吸收CO2后的工业废气或空气。
在一优选的实施方式中，所述气体吸收室5设有第二通管54，所述阳极腔室2设有第三通管23，所述第二通管54与所述第三通管23连通。
在一优选的实施方式中，所述第三通管23的出液端设有通孔的第一促进气体形成部件24。通孔可以设有一个或两个以上，允许含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液自由地通过。然后，含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液与含有H+的阳极电解液反应，在第一促进气体形成部件如气泡石附近形成过饱和的碳酸溶液。由于第一促进气体形成部件如气泡石具有较大的表面积，可以催化促进CO2气体的形成。
在一优选的实施方式中，所述第一促进气体形成部件24的材料为气泡石。
在一优选的实施方式中，所述电解装置还包括第二泵8，所述气体吸收腔室5经所述第二泵8与所述阳极腔室2连通。
在一优选的实施方式中，所述阳极的材料包括Pt。例如可以是Pt线。更例如可以是直径为1mm的Pt线。
在一优选的实施方式中，所述阴极的材料包括Pt和/或石墨。例如，可以是钛棒的表面镀Pt，钛棒的直径为6mm；也可以是直径为6mm的石墨棒；也可以是直径为1mm的Pt线。
在一优选的实施方式中，所述扩散件4的材料为可透电解液的材料。
在一优选的实施方式中，所述可透电解液的材料为多孔材料。
在一优选的实施方式中，所述孔隙尺寸为1～20μm。
在一优选的实施方式中，所述可透电解液的材料为滤纸、棉质纤维或多孔陶瓷棉布。
在一优选的实施方式中，所述电解装置还包括气体释放腔室9，所述气体吸收腔室5经所述气体释放腔室9与所述阳极腔室2连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
在一优选的实施方式中，所述电解装置还包括第二连通腔室10，所述气体释放腔室9经所述第二连通腔室10与所述阳极腔室2连通。
在一优选的实施方式中，所述气体释放腔室9设有第四气体出口91，用于排出CO2，所述第一气体出口22用于排出O2。如果不使用气体释放腔室，也即是含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入阳极腔室，那么将生成O2和CO2的混合气。如果使用气体释放腔室，那么含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入阳极腔室，将生成较纯的CO2，这样实现了CO2和O2的隔离。可通过外部的收集装置分别收集CO2和O2。
在一优选的实施方式中，所述气体释放腔室9设有第四通管92，所述第二通管54与所述第四通管92连通。
在一优选的实施方式中，所述第四通管92的出液端设有通孔的第二促进气体形成部件93。
在一优选的实施方式中，所述第二促进气体形成部件93的材料为气泡石。
在一优选的实施方式中，所述气体吸收腔室5经所述第二泵8与所述气体释放腔室9连通。
以下结合实施例进一步说明本发明的有益效果。
实施例1：
一种电解装置，如图1所示，包括：
电源1；
阳极腔室2，所述阳极腔室2内设有阳极21，用于阳极电解液被电解以提供O2和H+，降低阳极周围pH；所述阳极21与所述电源1连接；
阴极腔室3，所述阴极腔室3内设有阴极31，用于阴极电解液被电解以提供H2和OH-；所述阴极31与所述电源1连接；所述阴极腔室3与所述阳极腔室2连通，且连通处设有扩散件4，用于隔离所述阳极21和所述阴极31，同时允许阳极电解液扩散至所述阴极腔室3；
气体吸收腔室5，所述气体吸收腔室5与所述阴极腔室3连通，用于将含有OH-的阴极电解液通入至所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；所述气体吸收腔室5还与所述阳极腔室2连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳；
所述电解装置还包括第一连通腔室6，所述阳极腔室2经所述第一连通腔室6与所述阴极腔室3连通；所述阳极腔室2与所述阴极腔室3分别与所述第一连通腔室6的连接处均设有所述扩散件4；
所述电源1的正极和负极分别与所述阳极21和所述阴极31连接；所述阳极腔室2设有第一气体出口22，用于排出O2和CO2；所述阴极腔室3设有第二气体出口32，用于排出H2；所述阴极腔室3设有第一通管33，所述气体吸收腔室5设有第一进口51，所述第一通管33与所述第一进口51连通；所述电解装置还包括第一泵7，所述阴极腔室3经所述第一泵7与所述气体吸收腔室5连通；所述气体吸收腔室5设有通气管52，用于通入包含CO2的工业废气或空气；所述气体吸收室5设有第三气体出口53，用于排出吸收CO2后的工业废气或空气；所述气体吸收室5设有第二通管54，所述阳极腔室2设有第三通管23，所述第二通管54与所述第三通管23连通；所述电解装置还包括第二泵8，所述气体吸收腔室5经所述第二泵8与所述阳极腔室2连通；所述通气管52的出气端设有气体分散部件55；所述第三通管23的出液端设有通孔的第一促进气体形成部件24。
一种从空气中捕集CO2的方法，按以下步骤进行(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)：
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的0.5mol/L的K2SO4水溶液电解液添加到图1所示的电解装置(双口电解池)中。电解装置(双口电解池)的阳极腔室、阴极腔室的体积分别约为50ml。两个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的0.5mol/L的K2SO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室和阴极腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为4.0～4.2V，持续电解12个小时。在电解实验进行1小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.76，阴极腔室溶液pH值为12.83。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL的气体吸收腔室的电解质溶液通入阳极腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。在阳极腔室中，来自气体吸收腔室的溶液在进入阳极腔室的溶液时经过第二促进气体形成部件：一个约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm，侧面钻有直径为3mm的通孔，允许碱性溶液自由地通过。
步骤3：CO2吸收和释放表征
在电解开始2小时后，将空气以250cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约93.181ppm，说明CO2被有效地吸收。
在电解开始2小时后，将氩气以10cm3/min的流速通入阳极腔室的溶液中作为载气将释放的CO2、O2混合气带出，在电解实验开始10h后利用气相色谱仪分析从阳极腔室排出的气体成分，结果表明可以检测到CO2和O2的信号，且含量分别达到0.382％和1.684％，气相色谱仪分析结果如图3所示。
实施例2：
一种从工业烟气中捕集CO2的方法，采用实施例1的电解装置(如图1所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的混合气是20％CO2-80％Ar)。
步骤1：组装电解装置
1)将200ml的0.5mol/L NaClO4与200ml的质量分数为2％的KClO4水溶液混合电解液添加到图1所示的电解装置(双口电解池)中。电解装置(双口电解池)的阳极腔室、阴极腔室的体积分别约为200ml。两个腔室的电解液的液面高度约为7.3cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，在实验开始时不装有任何溶液，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室和阴极腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为5.8～6.3V，持续电解12个小时。在电解实验进行1小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.55，阴极腔室溶液pH值为12.9。在电解实验进行2小时后，使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约80ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，在电解实验随后的进行过程中，每1小时使用蠕动泵将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL的气体吸收腔室的电解质溶液通入阳极腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。在阳极腔室中，来自气体吸收腔室的溶液在进入阳极腔室的溶液时经过第二促进气体形成部件：一个约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm，侧面钻有直径为3mm的通孔，允许碱性溶液自由地通过。
步骤3：CO2吸收和释放表征
在电解开始2小时后，将20％CO2-80％Ar以8.33cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液中(在室温20℃下进行)，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行10小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约17.903％，说明CO2被有效地吸收。
在电解开始2小时后，将氩气以10cm3/min的流速通入阳极腔室的溶液中作为载气将释放的CO2、O2混合气带出，在电解实验开始12h后利用气相色谱仪分析从阳极腔室排出的气体成分，结果表明可以检测到CO2和O2的信号，且含量分别达到4.482％和1.679％，气相色谱仪分析结果如图4所示。
实施例3：
一种电解装置，如图2所示，包括：
电源1；
阳极腔室2，所述阳极腔室2内设有阳极21，用于阳极电解液被电解以提供O2和H+，降低阳极周围pH；所述阳极21与所述电源1连接；
阴极腔室3，所述阴极腔室3内设有阴极31，用于阴极电解液被电解以提供H2和OH-；所述阴极31与所述电源1连接；所述阴极腔室3与所述阳极腔室2连通，且连通处设有扩散件4，用于隔离所述阳极21和所述阴极31，同时允许阳极电解液扩散至所述阴极腔室3；
气体吸收腔室5，所述气体吸收腔室5与所述阴极腔室3连通，用于将含有OH-的阴极电解液通入至所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；所述气体吸收腔室5还与所述阳极腔室2连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳；
所述电解装置还包括第一连通腔室6，所述阳极腔室2经所述第一连通腔室6与所述阴极腔室3连通；所述阳极腔室2与所述阴极腔室3分别与所述第一连通腔室6的连接处均设有所述扩散件4；
所述电源1的正极和负极分别与所述阳极21和所述阴极31连接；所述阳极腔室2设有第一气体出口22，用于排出O2；所述阴极腔室3设有第二气体出口32，用于排出H2；所述阴极腔室3设有第一通管33，所述气体吸收腔室5设有第一进口51，所述第一通管33与所述第一进口51连通；所述电解装置还包括第一泵7，所述阴极腔室3经所述第一泵7与所述气体吸收腔室5连通；所述气体吸收腔室5设有通气管52，用于通入包含CO2的工业废气或空气；所述气体吸收室5设有第三气体出口53，用于排出吸收CO2后的工业废气或空气；所述气体吸收室5设有第二通管54，所述阳极腔室2设有第三通管23，所述第二通管54与所述第三通管23连通；所述电解装置还包括第二泵8，所述气体吸收腔室5经所述第二泵8与所述阳极腔室2连通；所述通气管52的出气端设有气体分散部件55；所述第三通管23的出液端设有通孔的第一促进气体形成部件24。
所述电解装置还包括气体释放腔室9，所述气体吸收腔室5经所述气体释放腔室9与所述阳极腔室2连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
所述电解装置还包括第二连通腔室10，所述气体释放腔室9经所述第二连通腔室10与所述阳极腔室2连通；所述气体释放腔室9设有第四气体出口91，用于排出CO2，所述第一气体出口22用于排出O2；所述气体释放腔室9设有第四通管92，所述第二通管54与所述第四通管92连通；所述第四通管92的出液端设有通孔的第二促进气体形成部件93；所述气体吸收腔室5经所述第二泵8与所述气体释放腔室9连通。
一种从空气中捕集CO2的方法，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的0.5mol/L的K2SO4水溶液电解液添加到图2所示的电解装置(三口电解池)中。电解装置(三口电解池)的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的0.5mol/L的K2SO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为3.7～4.3V，持续电解12个小时。在电解实验进行1小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为2.00，阴极腔室溶液pH值为12.40。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL的气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。在气体释放腔室中，来自气体吸收腔室的溶液在进入气体释放腔室的溶液时经过第二促进气体形成部件：一个约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm，侧面钻有直径为3mm的通孔，允许碱性溶液自由地通过。
步骤3：CO2吸收和释放表征
在电解开始2小时后，将空气以500cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约88.939ppm，说明CO2被有效地吸收。
在电解开始2小时后，将氩气以10cm3/min的流速通入气体释放腔室的溶液中作为载气将释放的CO2带出，在电解实验开始6h和12h后分别利用气相色谱仪分析从气体释放腔室排出的气体成分，结果表明可以检测到CO2的信号，且CO2含量分别达到1.66％和1.10％，6h和12h气相色谱仪分析结果如图5、6所示。
实施例4：
一种从工业烟气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的混合气是20％CO2-80％Ar)。
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1mol/L的Na2SO4水溶液电解液添加到图2所示的电解装置(三口电解池)中。电解装置(三口电解池)的阳极腔室、阴极腔室、气体吸收腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的1mol/L的Na2SO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为3.8～4.3V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为2.36，阴极腔室溶液pH值为12.51。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。在气体释放腔室中，来自气体吸收腔室的溶液在进入气体释放腔室的溶液时经过第二促进气体形成部件：一个约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm，侧面钻有直径为3mm的通孔，允许碱性溶液自由地通过。
步骤3：CO2吸收和释放表征
在电解开始2小时后，将20％CO2-80％Ar以16.9cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约16.22％，说明CO2被有效地吸收。
在电解开始2小时后，将氩气以10cm3/min的流速通入气体释放腔室的溶液中作为载气将释放的CO2带出，在电解实验开始6h和12h后分别利用气相色谱仪分析从气体释放腔室排出的气体成分，结果表明可以检测到CO2的信号，且CO2含量分别达到1.51％和2.54％，6h和12h气相色谱仪分析结果如图7、8所示。
实施例5：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1mol/L的NaClO4水溶液电解液添加到图2所示的电解装置(三口电解池)中。电解装置(三口电解池)的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。池的体积约为200ml，其中装有约150ml的1mol、L的NaClO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至70℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为4.4～4.9V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.57，阴极腔室溶液pH值为12.41。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。在电解实验进行3小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.37，气体吸收腔室溶液pH值为11.12。在使用蠕动泵通入液体后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.47，气体吸收腔室溶液pH值为11.39。在电解实验进行6小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.26，气体吸收腔室溶液pH值为11.38。在使用蠕动泵通入液体后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.33，气体吸收腔室溶液pH值为11.46。在电解实验进行11小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.2，气体吸收腔室溶液pH值为11.22。在使用蠕动泵通入液体后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.25，气体吸收腔室溶液pH值为11.44。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以250cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行3小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约112.17ppm，说明CO2被有效地吸收。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约124.31ppm，说明CO2被有效且稳定地吸收。
实施例6：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1mol/L的NaNO3水溶液电解液添加到图2所示的三口电解池中。三口电解池的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的1mol/L的NaNO3水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约3.8～4.3V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.30，阴极腔室溶液pH值为12.02。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以250cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行9小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约307.33ppm，说明CO2被有效地吸收。
实施例7：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1mol/L的NaNO3水溶液电解液添加到图2所示的三口电解池中。三口电解池的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为400ml，其中装有约300ml的1mol/L的NaNO3水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为4.0～4.3V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.08，阴极腔室溶液pH值为12.05。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以250cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在电解实验进行10小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约310.97ppm，说明CO2被有效地吸收。
实施例8：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1mol/L的Na2SO4水溶液电解液添加到图2所示的三口电解池中。三口电解池的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为400ml，其中装有约300ml的1mol/L的Na2SO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)该实验在室温(20℃)下进行。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用30mA的恒流电解，对应电压约为4.2～4.6V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.82，阴极腔室溶液pH值为12.39。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以250cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约189.92ppm，说明CO2被有效地吸收。
实施例9：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1.5mol/L的NaNO3水溶液电解液添加到图2所示的三口电解池中。三口电解池的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的1.5mol/L的NaNO3水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用30mA的恒流电解，对应电压约为3.6～3.8V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.50，阴极腔室溶液pH值为12.86。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以500cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约263.17ppm，说明CO2被有效地吸收。
实施例10：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的1mol/L的Na2SO4水溶液电解液添加到图2所示的三口电解池中。三口电解池的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的1mol/L的Na2SO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用40mA的恒流电解，对应电压约为3.7～4.1V，持续电解24个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.99，阴极腔室溶液pH值为12.45。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以250cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约204.17ppm，说明CO2被有效地吸收。在电解实验进行24小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约257.34ppm，说明CO2被有效且稳定地吸收。
实施例11：
一种从空气中捕集CO2的方法，采用实施例3的电解装置(如图2所示)，按以下步骤进行：(此实施例使用的空气是压缩空气，CO2含量约为420ppm)
步骤1：组装电解装置
1)将150ml的0.5mol/L的K2SO4水溶液电解液添加到图2所示的三口电解池中。三口电解池的阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室的体积分别约为50ml。三个腔室的电解液的液面高度约为3.8cm。气体吸收腔室的体积约为200ml，其中装有约150ml的1mol/L的Na2SO4水溶液，液面高度约为7cm，气体吸收腔室内加入转子，转子直径约为3.7cm。为了减少液体对流，在阳极腔室和阴极腔室的第一连通腔室的两端都放置了扩散件(慢速定量滤纸)。滤纸的主要成分是棉质纤维，生产商是上海泰坦科技股份有限公司(型号：203)。
2)将Pt阳极和Pt阴极分别置于三口电解池的阳极腔室和阴极腔室。阳极选用直径为1mm的Pt线；阴极选用直径为6mm的表面镀有Pt的钛棒。
3)将阳极腔室、阴极腔室、气体释放腔室放置于加热面板上，加热至55℃。
步骤2：电解
在阳极和阴极之间使用50mA的恒流电解，对应电压约为4.2～4.5V，持续电解12个小时。在电解实验进行2小时后，测得阳极腔室溶液的pH值为1.74，阴极腔室溶液pH值为12.51。在电解实验进行过程中，每1小时使用蠕动泵(生产商：卡默尔流体科技(上海)有限公司)将约10ml阴极腔室的电解质溶液通入气体吸收腔室，之后使用蠕动泵将10mL气体吸收腔室的电解质溶液通入气体释放腔室，同时气体吸收腔室内的液体通过转子以200rpm的速率搅拌使液体成分均匀。
步骤3：CO2吸收和表征
在电解开始2小时后，将空气以100cm3/min的流速通入气体吸收腔室的溶液(在室温20℃下进行)中，在气体出口使用气体分散部件：约2.8cm长、直径为1cm的气泡石(主要成分：SiO2)将气泡分散以增加与溶液接触面积。气泡石的孔隙尺寸约为50～200μm。在电解实验进行12小时后，利用气相色谱仪分析从气体吸收腔室排出的气体的成分，结果表明CO2含量降为约91.14ppm，说明CO2被有效地吸收。
以上的实施例是为了说明本发明公开的实施方案，并不能理解为对本发明的限制。此外，本文所列出的各种修改以及发明中方法、组合物的变化，在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本领域内的技术人员来说是显而易见的。虽然已结合本发明的多种具体优选实施例对本发明进行了具体的描述，但应当理解，本发明不应仅限于这些具体实施例。事实上，各种如上所述的对本领域内的技术人员来说显而易见的修改来获取发明都应包括在本发明的范围内。
Claims (10)
1.一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置，其特征在于，包括：
电源(1)；
阳极腔室(2)，所述阳极腔室(2)内设有阳极(21)，用于阳极电解液被电解以提供O2和H+，降低阳极周围pH；所述阳极(21)与所述电源(1)连接；
阴极腔室(3)，所述阴极腔室(3)内设有阴极(31)，用于阴极电解液被电解以提供H2和OH-；所述阴极(31)与所述电源(1)连接；所述阴极腔室(3)与所述阳极腔室(2)连通，且连通处设有扩散件(4)，用于隔离所述阳极(21)和所述阴极(31)，同时允许阳极电解液扩散至所述阴极腔室(3)；
气体吸收腔室(5)，所述气体吸收腔室(5)与所述阴极腔室(3)连通，用于将含有OH-的阴极电解液通入至所述气体吸收腔室，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；所述气体吸收腔室(5)还与所述阳极腔室(2)连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
2.如权利要求1所述的电解装置，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
1)所述电解装置还包括第一连通腔室(6)，所述阳极腔室(2)经所述第一连通腔室(6)与所述阴极腔室(3)连通；所述阳极腔室(2)与所述阴极腔室(3)分别与所述第一连通腔室(6)的连接处均设有所述扩散件(4)；
2)所述电源(1)的正极和负极分别与所述阳极(21)和所述阴极(31)连接；
3)所述阳极腔室(2)设有第一气体出口(22)，用于排出O2和CO2；
4)所述阴极腔室(3)设有第二气体出口(32)，用于排出H2；
5)所述阴极腔室(3)设有第一通管(33)，所述气体吸收腔室(5)设有第一进口(51)，所述第一通管(33)与所述第一进口(51)连通；
6)所述电解装置还包括第一泵(7)，所述阴极腔室(3)经所述第一泵(7)与所述气体吸收腔室(5)连通；
7)所述气体吸收腔室(5)设有通气管(52)，用于通入包含CO2的工业废气或空气；
8)所述气体吸收室(5)设有第三气体出口(53)，用于排出吸收CO2后的工业废气或空气；
9)所述气体吸收室(5)设有第二通管(54)，所述阳极腔室(2)设有第三通管(23)，所述第二通管(54)与所述第三通管(23)连通；
10)所述电解装置还包括第二泵(8)，所述气体吸收腔室(5)经所述第二泵(8)与所述阳极腔室(2)连通；
11)所述阳极的材料包括Pt；
12)所述阴极的材料包括Pt和/或石墨；
13)所述扩散件(4)的材料为可透电解液的材料。
3.如权利要求2所述的电解装置，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
71)特征7)中，所述通气管(52)的出气端设有气体分散部件(55)；
91)特征9)中，所述第三通管(23)的出液端设有通孔的第一促进气体形成部件(24)；
131)特征13)中，所述可透电解液的材料为多孔材料。
4.如权利要求3所述的电解装置，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
711)特征71)中，所述气体分散部件(55)的材料为气泡石；
911)特征91)中，所述第一促进气体形成部件(24)的材料为气泡石；
1311)特征131)中，所述孔隙尺寸为1～20μm；
1312)特征131)中，所述可透电解液的材料为滤纸、棉质纤维或多孔陶瓷棉布。
5.如权利要求1至4任一项所述的电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括气体释放腔室(9)，所述气体吸收腔室(5)经所述气体释放腔室(9)与所述阳极腔室(2)连通，用于将含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
6.如权利要求5所述的电解装置，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
a)所述电解装置还包括第二连通腔室(10)，所述气体释放腔室(9)经所述第二连通腔室(10)与所述阳极腔室(2)连通；
b)所述气体释放腔室(9)设有第四气体出口(91)，用于排出CO2，所述第一气体出口(22)用于排出O2；
c)所述气体释放腔室(9)设有第四通管(92)，所述第二通管(54)与所述第四通管(92)连通；
d)所述气体吸收腔室(5)经所述第二泵(8)与所述气体释放腔室(9)连通。
7.如权利要求6所述的电解装置，其特征在于，特征c)中，所述第四通管(92)的出液端设有通孔的第二促进气体形成部件(93)；优选地，所述第二促进气体形成部件(93)的材料为气泡石。
8.一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的电解装置，包括如下步骤：
1)阳极电解液被电解以提供O2和H+，其中，所述阳极电解液包括水；
2)阴极电解液被电解以提供H2和OH-，其中，所述阴极电解液包括水；
3)步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；
4)步骤3)得到的含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入至含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一项：
11)步骤1)中，所述阳极电解液选自NaNO3，NaClO4，Na2SO4，KNO3，KClO4和K2SO4水溶液电解液中的一种或多种；
12)步骤1)中，所述阳极电解液的浓度为0.5～1.5mol/L；
13)步骤1)中，电解温度为20～95℃；
14)步骤1)中，电解电压为2.5～6.3V；
15)步骤1)中，电解时间为6～72小时；
21)步骤2)中，所述阴极电解液选自NaNO3，NaClO4，Na2SO4，KNO3，KClO4和K2SO4水溶液电解液中的一种或多种；
22)步骤2)中，所述阴极电解液的浓度为0.5～1.5mol/L；
23)步骤2)中，电解温度为20～95℃；
24)步骤2)中，电解电压为2.5～6.3V；
25)步骤2)中，电解时间为6～72小时；
31)步骤3)中，步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液通入所述气体吸收腔室(5)，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；或者，步骤2)得到的含有OH-的阴极电解液通入装有溶液的所述气体吸收腔室(5)，吸收工业废气或空气中的二氧化碳以提供含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液；
32)步骤3)中，反应温度为20～95℃；
33)步骤3)中，工业废气中CO2的体积含量为2％～20％；
41)步骤4)中，步骤3)得到的含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入所述阳极腔室(2)，与含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳；或者，步骤3)得到的含有游离碳酸根离子和/或游离碳酸氢根离子的溶液通入气体释放腔室(9)，与含有H+的阳极电解液中反应以提供二氧化碳；
42)步骤4)中，反应温度为20～95℃。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括如下技术特征中的至少一种：
311)特征31)中，所述溶液选自NaNO3，NaClO4，Na2SO4，KNO3，KClO4和K2SO4水溶液中的一种或多种；
312)特征31)中，所述溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110410794.9A CN113117506A (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110410794.9A CN113117506A (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113117506A true CN113117506A (zh) | 2021-07-16 |
Family
ID=76777177
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110410794.9A Pending CN113117506A (zh) | 2021-04-14 | 2021-04-14 | 一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113117506A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114351188A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种电解水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置 |
| CN114411166A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种用于膜法电解制氢联合二氧化碳捕集的装置及方法 |
| CN114517301A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-05-20 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置 |
| CN114870602A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-09 | 江苏科技大学 | 一种基于电容去离子技术的碳捕捉系统 |
| CN115672020A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-02-03 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法 |
| WO2023087370A1 (zh) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法 |
| WO2023226172A1 (zh) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | 势加透博（北京）科技有限公司 | 二氧化碳捕集与纯化的方法及系统 |
| WO2024016115A1 (zh) * | 2022-07-18 | 2024-01-25 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | Co 2捕集和解吸装置及方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102125793A (zh) * | 2010-12-23 | 2011-07-20 | 中山大学 | 一种二氧化碳捕集-纯化方法 |
| US8137527B1 (en) * | 2008-07-28 | 2012-03-20 | Primafuel, Inc. | Carbon dioxide isolation and generation |
| CN105617842A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-01 | 东南大学 | 用于二氧化碳分离和提纯的装置 |
| 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 |
| CN107109674A (zh) * | 2014-11-13 | 2017-08-29 | 皇家飞利浦有限公司 | 气体捕获的装置和方法 |
-
2021
- 2021-04-14 CN CN202110410794.9A patent/CN113117506A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8137527B1 (en) * | 2008-07-28 | 2012-03-20 | Primafuel, Inc. | Carbon dioxide isolation and generation |
| CN102125793A (zh) * | 2010-12-23 | 2011-07-20 | 中山大学 | 一种二氧化碳捕集-纯化方法 |
| CN107109674A (zh) * | 2014-11-13 | 2017-08-29 | 皇家飞利浦有限公司 | 气体捕获的装置和方法 |
| CN105617842A (zh) * | 2016-01-15 | 2016-06-01 | 东南大学 | 用于二氧化碳分离和提纯的装置 |
| 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 |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023087370A1 (zh) * | 2021-11-17 | 2023-05-25 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | 耦合分级电解/热解制氢的二氧化碳捕集方法 |
| CN114351188A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-15 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种电解水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置 |
| CN114411166A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-04-29 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种用于膜法电解制氢联合二氧化碳捕集的装置及方法 |
| CN114517301A (zh) * | 2022-01-10 | 2022-05-20 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种电解海水制氢联合二氧化碳捕集的方法及装置 |
| CN114411166B (zh) * | 2022-01-10 | 2023-09-01 | 青岛中石大环境与安全技术中心有限公司 | 一种用于膜法电解制氢联合二氧化碳捕集的装置及方法 |
| WO2023226172A1 (zh) * | 2022-05-25 | 2023-11-30 | 势加透博（北京）科技有限公司 | 二氧化碳捕集与纯化的方法及系统 |
| CN114870602A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-09 | 江苏科技大学 | 一种基于电容去离子技术的碳捕捉系统 |
| CN114870602B (zh) * | 2022-05-31 | 2023-08-22 | 江苏科技大学 | 一种基于碳酸钾吸收剂结合电容去离子技术调节pH值的碳捕捉系统 |
| WO2024016115A1 (zh) * | 2022-07-18 | 2024-01-25 | 国家电投集团科学技术研究院有限公司 | Co 2捕集和解吸装置及方法 |
| CN115672020A (zh) * | 2022-12-12 | 2023-02-03 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法 |
| CN115672020B (zh) * | 2022-12-12 | 2023-02-28 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 烟道废气中二氧化碳捕集分离催化装置及其控制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113117506A (zh) | 一种从工业废气或空气中捕集二氧化碳的电解装置及方法 | |
| AU2010201006B2 (en) | Low-voltage alkaline production from brines | |
| US7993511B2 (en) | Electrochemical production of an alkaline solution using CO2 | |
| US9267211B2 (en) | Low-voltage alkaline production using hydrogen and electrocatalytic electrodes | |
| AU2008237264B2 (en) | Electrochemical system, apparatus, and method to generate renewable hydrogen and sequester carbon dioxide | |
| WO2016004802A1 (zh) | 一种矿化co2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法及设备 | |
| WO2011008223A1 (en) | Electrochemical production of an alkaline solution using co2 | |
| US20100224503A1 (en) | Low-energy electrochemical hydroxide system and method | |
| WO2011097468A2 (en) | Acid separation by acid retardation on an ion exchange resin in an electrochemical system | |
| RU2010115481A (ru) | Удаление диоксида углерода из потоков отходящего газа посредством совместного образования карбонатных и/или бикарбонатных минералов | |
| CN102895847A (zh) | 一种co2捕集并资源化的方法 | |
| CN112499651A (zh) | 一种电化学捕集二氧化碳制备碳酸氢钠的方法及装置 | |
| WO2024016115A1 (zh) | Co 2捕集和解吸装置及方法 | |
| CN110311146B (zh) | 一种利用有机物作催化剂的二氧化碳矿化发电方法 | |
| KR100697681B1 (ko) | 이산화탄소 제거용 전기투석장치 및 이를 이용한이산화탄소 제거시스템 | |
| CN113617192A (zh) | 一种利用pcet反应电化学循环捕集so2的方法 | |
| CN117886404B (zh) | 水处理方法以及水处理系统 | |
| CA2696086C (en) | Electrochemical production of an alkaline solution using co2 | |
| CN117448842A (zh) | 碳捕集耦合制氢的方法及装置 | |
| RU2809597C2 (ru) | Способ и система для производства монооксида углерода и молекулярного водорода из газа, содержащего со2 | |
| WO2024002310A1 (zh) | 一种二氧化碳捕集与制氢耦合的方法及其系统 | |
| CN118253179A (zh) | 一种膜复合电化学碳捕集系统及方法 | |
| AU2009290161B2 (en) | Electrochemical production of an alkaline solution using CO2 | |
| CN116555794A (zh) | 一种利用固态电解质生产二氧化碳的装置 | |
| TWM629712U (zh) | 二氧化碳回收系統 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210716 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |