CN116497371A - 二氧化碳的电解系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种二氧化碳的电解系统及方法。二氧化碳的电解系统包括一电化学电解设备以及与电化学电解设备流体连通的一吸收单元。电化学电解设备电解一阴极反应物与一阳极反应物，以分别形成一阴极混合物与一阳极混合物。阴极反应物包括二氧化碳或是包含碳酸氢根或碳酸根的化合物，阴极混合物包括一氧化碳及氢气，阳极混合物包括氧气。吸收单元处理阴极混合物，以分离出包括一氧化碳及氢气的一合成气体。本发明的二氧化碳的电解系统及方法可减缓温室效应，并使二氧化碳的还原产物成分单纯且可被再利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化碳的电解系统及方法，特别是涉及一种可产生合成气体及氧气的二氧化碳的电解系统及方法。
背景技术
燃烧石化材料产生的二氧化碳气体，是导致温室效应的主因。为了减缓全球暖化的问题，如何将二氧化碳气体转换成其他可再利用的能源，是目前重要的研究发展目标之一。
在现有技术中，公开了各种还原二氧化碳的技术。其中一种技术是结合光触媒结合水分解系统，以类似于植物光合作用系统的方式还原二氧化碳。先以光催化分解水并产生氢离子，再使用氢离子还原二氧化碳。然而，此装置为批式反应装置，不利于处理大量的二氧化碳。
另外一种还原二氧化碳的技术，是将二氧化碳溶于电解液中，以电催化(electrocatalysis)的方式还原二氧化碳。然而，二氧化碳的扩散能力及浓度会受时间影响，进而影响二氧化碳的转化率。并且，二氧化碳的还原产物中包含了多种碳氢化合物，例如甲烷、甲醇、乙烷、乙醇、乙酸或乙烯等产物，但并非全部产物皆可作为燃料，或作为其他化学品的基础原料，故尚需经多个分离及纯化的步骤，而有步骤繁复的缺点。
因此，如何还原二氧化碳，以减缓温室效应的问题，并使二氧化碳的还原产物成分单纯且可被再利用，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种二氧化碳的电解系统及方法。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种二氧化碳的电解系统。二氧化碳的电解系统包括一电化学电解设备以及与电化学电解设备流体连通的一吸收单元。电化学电解设备电解一阴极反应物与一阳极反应物，以分别形成一阴极混合物与一阳极混合物。阴极反应物包括二氧化碳或是包含碳酸氢根或碳酸根的化合物，阴极混合物包括一氧化碳及氢气，阳极混合物包括氧气。吸收单元处理阴极混合物，以分离出包括一氧化碳及氢气的一合成气体。
优选地，吸收单元将阴极混合物区分为一阴极气体产物与一回流液，阴极气体产物包括合成气体，回流液包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根，回流液回流至电化学电解设备。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第一反应物配制单元，第一反应物配制单元流体连通于电化学电解设备以及吸收单元之间，第一反应物配制单元接收回流液，并提供阴极反应物至电化学电解设备。
优选地，阴极混合物包括一阴极气体混合物与一阴极液体混合物，吸收单元处理阴极气体混合物。
优选地，阴极混合物包括一阴极液体混合物，阴极液体混合物包含金属离子、氢氧根离子或金属氢氧化物。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第一气液分离单元，第一气液分离单元流体连通于电化学电解设备以及吸收单元之间，第一气液分离单元将阴极混合物区分为阴极气体混合物与阴极液体混合物。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第一液体处理单元，第一液体处理单元与电化学电解设备流体连通，第一液体处理单元处理阴极液体混合物以产生一第一处理液，第一处理液回流至电化学电解设备。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第一反应物配制单元，第一反应物配制单元流体连通于电化学电解设备以及第一液体处理单元之间，第一反应物配制单元接收第一处理液，并提供阴极反应物至电化学电解设备。
优选地，阳极混合物包括一阳极气体混合物与一阳极液体混合物。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第二气液分离单元，第二气液分离单元流体连通于电化学电解设备，第二气液分离单元将阳极混合物区分为阳极气体混合物与阳极液体混合物。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第二液体处理单元，第二液体处理单元与电化学电解设备流体连通，第二液体处理单元处理阳极液体混合物以产生一第二处理液，第二处理液回流至电化学电解设备。
优选地，二氧化碳的电解系统进一步包括：一第二反应物配制单元，第二反应物配制单元流体连通于电化学电解设备以及第二液体处理单元之间，第二反应物配制单元接收第二处理液，并提供阳极反应物给电化学电解设备。
优选地，电化学电解设备包括多个电解单元；其中，每一电解单元包括位于一阴极腔室内的一阴极电极、位于一阳极腔室内的一阳极电极以及夹设于阴极电极与阳极电极之间的一离子交换膜。
优选地，阴极电极设置于阴极腔室，阴极电极上形成有一阴极触媒，阳极电极设置于阳极腔室，阳极电极上形成有一阳极触媒，每两个相邻的电解单元以一绝缘板间隔；其中，所述阴极触媒的材料包含铁、钴、镍、铜、钌、铑、银、铱、铂、金、钛或包含上述任一种金属的碳化合物，所述阳极触媒的材料包含钌、铑、铱、钛或包含上述任一种金属的金属卤化物、金属氧化物或金属氢氧化物。
优选地，阴极腔室具有用以接收阴极反应物的一入口以及用以排放阴极混合物的一出口，阳极腔室具有一入口以接收阳极反应物以及一出口以排放阳极混合物。
优选地，阴极腔室具有一入口以接收阴极反应物以及两个出口以排放阴极混合物，阳极腔室具有一入口以接收阳极反应物以及两个出口以排放阳极混合物。
优选地，阴极反应物还包括一阴极电解液，阴极电解液中包含碳酸氢根或碳酸根；阳极反应物还包括一阳极电解液，阳极电解液中包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根。
为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是提供一种二氧化碳的电解方法。二氧化碳的电解方法包括：使用一电化学电解设备电解一阴极反应物与一阳极反应物，以分别形成一阴极混合物与一阳极混合物；以及使用一吸收单元处理阴极混合物，以分离出包括一氧化碳及氢气的一合成气体。其中，阴极反应物包括二氧化碳或含碳酸根或碳酸氢根的化合物，阴极混合物包括一氧化碳及氢气，阳极混合物包括氧气。
优选地，吸收单元处理阴极混合物后，将阴极混合物区分为一阴极气体产物与一回流液，阴极气体产物包括合成气体，回流液中包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根；二氧化碳的电解方法进一步包括：将回流液回流至电化学电解设备。
优选地，二氧化碳的电解方法进一步包括：输送回流液至一第一反应物配制单元，第一反应物配制单元提供阴极反应物给电化学电解设备。
优选地，阴极混合物包含包括一阴极气体混合物与一阴极液体混合物，阴极液体混合物包含金属离子、氢氧根离子或金属氢氧化物。
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的二氧化碳的电解系统及方法，其能通过“所述阴极反应物包括二氧化碳或含碳酸根或碳酸氢根的化合物，所述阴极混合物包括一氧化碳及氢气，所述阳极混合物包括氧气”以及“吸收单元处理所述阴极混合物，并分离出包括一氧化碳及氢气的一合成气体”的技术方案，而具有可分解温室气体(二氧化碳)，还产生了可作为燃料的合成气体(一氧化碳与氢气)的效果。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的二氧化碳的电解系统的功能方框图。
图2为本发明电化学电解设备的立体示意图。
图3为本发明第一实施例的电化学电解设备的侧剖示意图。
图4为本发明第二实施例的二氧化碳的电解系统的功能方框图。
图5为本发明第三实施例的二氧化碳的电解系统的功能方框图。
图6为本发明第三实施例的电化学电解设备的侧剖示意图。
图7为本发明第四实施例的二氧化碳的电解系统的功能方框图。
图8为本发明二氧化碳的电解方法的流程图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实例来说明本发明所公开有关“二氧化碳的电解系统及方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
本发明提供了一种二氧化碳的电解系统，其包括流体连通的一电化学电解设备与一吸收单元。电化学电解设备是用来还原二氧化碳，以达到减缓温室效应问题的效果，并可同时产生具有商业用途的碱性液态产物。吸收单元是用来分离二氧化碳及二氧化碳还原后的产物，以获得高含量的合成气体(一氧化碳与氢气的混合气体)，而可直接利用还原产物作为燃料使用。除了合成气体之外，阴极产生的气相产物还可包括甲烷、乙烷、乙烯或其混合物，但仍以合成气体为主要成分。
本发明的电化学电解设备可电解一阴极反应物与一阳极反应物，并分别形成一阴极混合物与一阳极混合物。具体来说，阴极反应物中包括二氧化碳气体与一阴极电解液，阳极反应物中包括一阳极电解液。阴极反应物在阴极发生的半反应为：CO2(g)+H2O(1)+2e-→CO(g)+2OH- (aq)以及2H2O(l)+2e-→H2(g)+2OH- (aq)；阳极反应物在阳极发生的半反应为：2H2O(l)→O2(g)+4H+ (aq)+4e-。经电解之后，阴极混合物中会包含电解反应产生的一氧化碳与氢气以及阴极电解液。阳极混合物中包括电解产生的氧气以及阳极电解液。
由于本发明于阴极通入的是二氧化碳气体，故不会有受限于二氧化碳在水溶液中的扩散速度慢，而导致二氧化碳转化率低以及电解反应不稳定的问题。并且，电解反应所产生的阴极混合物包括高含量的合成气体，可直接作为燃料。再通过吸收单元的使用，可吸收阴极混合物中未经电解的二氧化碳，进一步获得高纯度的合成气体。
由此可知，本发明的二氧化碳的电解系统在阴极处可将二氧化碳转化成一氧化碳与氢气，不仅可分解温室气体(二氧化碳)，还产生了可作为燃料的合成气体(一氧化碳与氢气)。由于合成气体的浓度高，故无需经过繁复的分离或纯化步骤，可直接作为燃料或是其他化学品的基础原料。于其他实施例中，阴极反应物也可以是包含碳酸氢根或碳酸根的化合物。
前述的阴极电解液可以是含有氢氧化钠、溴化钠、碳酸氢钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、氢氧化锂、溴化锂、碳酸氢锂、硫酸锂、磷酸锂、磷酸氢锂、氢氧化钾、溴化钾、碳酸氢钾、硫酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾或其任意组合的电解质的水溶液。于一较佳实施例中，阴极电解液中包含碳酸氢根或碳酸根，较佳的，阴极电解液是含有碳酸氢钠的水溶液。并且，阴极电解液中电解质的浓度最低为0.001M，最高可达电解质的饱和浓度。
前述的阳极电解液可以是含有氢氧化钠、溴化钠、碳酸氢钠、硫酸钠、磷酸钠、磷酸氢钠、氢氧化锂、溴化锂、碳酸氢锂、硫酸锂、磷酸锂、磷酸氢锂、氢氧化钾、溴化钾、碳酸氢钾、硫酸钾、磷酸钾、磷酸氢钾或其任意组合的电解质的水溶液。于一较佳实施例中，阳极电解液中包含碳酸氢根或碳酸根，较佳的，阳极电解液是含有碳酸氢钠的水溶液。并且，阳极电解液中电解质的浓度最低为0.001M，最高可达电解质的饱和浓度。
[第一实施例]
请参阅图1所示，本发明第一实施例提供一种二氧化碳的电解系统，其包括：电化学电解设备1、一第一反应物配制单元2、一第二反应物配制单元3、一第一气液分离单元4、一第二气液分离单元5以及吸收单元6。
电化学电解设备1与第一反应物配制单元2流体连通，以接收第一反应物配制单元2提供的阴极反应物A1。电化学电解设备1与第二反应物配制单元3流体连通，以接收第二反应物配制单元3提供的阳极反应物A2。电化学电解设备1电解阴极反应物A1与阳极反应物A2，并分别形成阴极混合物B1与阳极混合物B2。其中，阴极反应物A1是第一反应物配制单元2在接收阴极电解液E1以及二氧化碳气体后配制而成，阳极反应物A2是第二反应物配制单元3在接收阳极电解液E2后配制而成。
电化学电解设备1与第一气液分离单元4流体连通，以分离阴极混合物B1中的气相成分与液相成分。阴极混合物B1可被第一气液分离单元4区分为一阴极气体混合物V1与一阴极液体混合物L1。具体来说，阴极气体混合物V1中包括二氧化碳、一氧化碳及氢气，阴极液体混合物L1中包含阴极电解液E1。于一示范实施例中，阴极液体混合物L1中可包含液态氢氧化钠以及阴极电解液E1，也就是说，阴极液体混合物L1中包含金属离子、氢氧根离子或金属氢氧化物。由此可知，本发明的二氧化碳的电解系统，可同时产生具有经济价值的阴极气体混合物V1以及阴极液体混合物L1。
电化学电解设备1与第二气液分离单元5流体连通，以分离阳极混合物B2中的气相成分与液相成分。阳极混合物B2可被第二气液分离单元5区分为一阳极气体混合物V2与一阳极液体混合物L2。具体来说，阳极气体混合物V2中包括氧气，阳极液体混合物L2中包含阳极电解液E2。
吸收单元6与第一气液分离单元4流体连通，以处理阴极气体混合物V1，吸收单元6吸收阴极气体混合物V1中的二氧化碳，以分离出一氧化碳与氢气。具体来说，将阴极电解液E1通入吸收单元6，并使阴极电解液E1与阴极气体混合物V1接触，此时，二氧化碳会由阴极气体混合物V1溶于阴极电解液E1中。
因此，阴极气体混合物V1与阴极电解液E1接触后，会形成一阴极气体产物P1与一回流液R1。阴极气体产物P1包括一氧化碳与氢气。回流液R1中包含了阴极电解液E1与二氧化碳，或进一步包括液态氢氧化钠(或以液碱概称)，因此，可将回流液R1回流至电化学电解设备1，当作阴极反应物A1重复利用。于一较佳实施例中，先将回流液R1输送至第一反应物配制单元2，经适当调配后再输送至电化学电解设备1。具体来说，回流液R1中包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根。
电化学电解设备1与吸收单元6可构成一循环管路，使得本发明的二氧化碳的电解系统可稳定产生具有经济价值的阴极气体产物P1与阴极液体混合物L1，并可提升阴极反应物A1的使用效率。请合并参阅图2、3所示，本发明的化学电解设备1包括多个电解单元10。在第一实施例中，多个电解单元10并联排列，且每两个相邻的电解单元10之间以一绝缘板13间隔。于一些实施例中，电解单元10的数量为3至30个。
需特别说明的是，图2中例示的是串联排列的电解单元10，但实际应用时并不限于此，多个电解单元10也可以并联的方式排列。举例来说，数个电解单元10可先以串联方式排列形成一电解模块，接着，再将数个电解模块以并联方式连接，构成一电解组件，以提升二氧化碳气体的处理量和/或提升阴极气体产物P1的浓度。
请合并参阅图2及图3所示，每一电解单元10包括位于一阴极腔室11的一阴极电极14、位于一阳极腔室12的一阳极电极15以及夹设于阴极电极14与阳极电极15之间的一离子交换膜20。
每一阴极腔室11在一入口侧上形成有一入口111，以接收阴极反应物A1，每一阴极腔室11在一出口侧上形成有一出口112，以排放阴极混合物B1，且入口侧与出口侧彼此相对。每一阳极腔室12在一入口侧上形成有一入口121，以接收阳极反应物A2，每一阳极腔室12在一出口侧上形成有一出口122，以排放阳极混合物B2，且入口侧与出口侧彼此相对。
于一些实施例中，各个阴极腔室11的入口111以一管线相互连接，以同时注入阴极反应物A1，各个阳极腔室12的入口121以另一管线相互连接，以同时注入阳极反应物A2。阴极腔室11的入口111与阳极腔室12的入口121不连通。类似的，各个阴极腔室11的出口112以一管线相互连接，以使各个电解单元10产生的电解产物汇流形成阴极混合物B1。各个阳极腔室12的出口122以另一管线相互连接，以使各个电解单元10产生的电解产物汇流形成阳极混合物B2。阴极腔室11的出口112与阳极腔室12的出口122不相通。
入口111、121可以形成于阴极腔室11或阳极腔室12的任意位置，一般来说，入口111、121形成于阴极腔室11或阳极腔室12接近底部的位置。并且，相较于入口111、121的位置，出口112、122的位置位于较高的高度。举例来说：入口111、121可形成于接近电解单元10底部的位置，而出口112、122可形成于电解单元10高度一半或以上的位置。然而，本发明不以此为限。
请参阅图3所示，阴极电极14设置于阴极腔室11上，阴极电极14于面向离子交换膜20的一平面上形成有一阴极触媒141，以促使还原反应的发生。阴极电极14的另一平面位于阴极腔室11内，并与阴极反应物A1接触。阳极电极15设置于阳极腔室12上，阳极电极15于面向离子交换膜20的一平面上形成有一阳极触媒151，以促使氧化反应的发生。阳极电极15的另一平面位于阳极腔室12内，并与阳极反应物A2接触。一外部电源可施加电能于阴极电极14以及阳极电极15上，以进行电解。
为了避免电解单元10的阴极电极14与相邻的电解单元10的阳极电极15接触，在相邻的电解单元10之间设置绝缘板13完全隔开。如此一来，当外部施加电压于阴极电极14与阳极电极15上时，可确保阴极电极14不会与阳极电极15接触，以避免短路的发生。
于本发明中，阴极电极14可以是一致密网状结构，且形成阴极电极14的材料可以是一导电材料，例如金属或碳材。阳极电极15可以是一致密网状结构，且形成阳极电极15的材料可以是一导电材料，例如金属或碳材。
阴极触媒141可以是各种金属、金属化合物、合金、含杂原子或金属中至少一者的碳化合物或其任意组合。金属可以是钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锡、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、铱、铂、金、铝、铟、钛、铅、铋、锑、碲、镧、铈、钕或其组合物。金属化合物包括有机金属化合物与无机金属化合物，并涵盖金属卤化物、金属氧化物及金属氢氧化物。含杂原子或金属中至少一者的碳化合物可以是含氮石墨、含氮石墨烯或含氮碳管与金属原子构成的结构。
阳极触媒151可以是各种金属、金属化合物、合金、含杂原子或金属中至少一者的碳化合物或其任意组合。金属可以是钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锡、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、铱、铂、金、铝、铟、钛、铅、铋、锑、碲、镧、铈、钕或其组合物。金属化合物包括有机金属化合物与无机金属化合物，并涵盖金属卤化物、金属氧化物及金属氢氧化物。含杂原子或金属中至少一者的碳化合物可以是含氮石墨、含氮石墨烯或含氮碳管与金属原子构成的结构。
离子交换膜20的厚度为10微米至5000微米，离子交换膜20的面积大于阴极电极14或阳极电极15的面积。离子交换膜20可以是阳离子交换膜，例如：包含聚乙烯磺酸、富勒烯交联的聚磺酸、聚丙烯酸或全氟乙二磺酸的阳离子交换膜；或者，离子交换膜20可以是阴离子交换膜，例如：包含聚苯乙烯甲基三甲基氯化铵或聚醚的阴离子交换膜。
于一示范实施例中，离子交换膜20是阳离子交换膜。阳极电解液中的金属离子(例如：钠离子)，可穿过离子交换膜20，进入阴极腔室11中，并与氢氧根形成液碱(例如：液态氢氧化钠)。如此一来，阴极液体混合物L1便可包含液态氢氧化钠，如前所述，阴极液体混合物L1可包括金属离子、氢氧根离子或金属氢氧化物。
[第二实施例]
请参阅图4所示，本发明第二实施例提供一种二氧化碳的电解系统，其与第一实施例的二氧化碳的电解系统相似，主要差异在于：第二实施例的二氧化碳的电解系统进一步包括一第一液体处理单元7与一第二液体处理单元8。
第一液体处理单元7与第一气液分离单元4流体连通，以接收并适当处理阴极液体混合物L1。阴极液体混合物L1经第一液体处理单元7处理后可形成一第一处理液R1*，第一处理液R1*中的主要成分是阴极电解液E1，因此，第一处理液R1*可回流至电化学电解设备1，当作阴极反应物A1重复利用。于一较佳实施例中，可先将第一处理液R1*输送至第一反应物配制单元2，经适当调配后再输送至电化学电解设备1。具体来说，回流液R1*中包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根。
第二液体处理单元8与第二气液分离单元5流体连通，以接收并适当处理阳极液体混合物L2。阳极液体混合物L2经第二液体处理单元8处理后可形成一第二处理液R2*，第二处理液R2*中的主要成分是阳极电解液E2，因此，第二处理液R2*可回流至电化学电解设备1，当作阳极反应物A2重复利用。于一较佳实施例中，可先将第二处理液R2*输送至第二反应物配制单元3，经适当调配后再输送至电化学电解设备1。
[第三实施例]
请合并参阅图5及图6所示，本发明第三实施例提供一种二氧化碳的电解系统，其与第一实施例的二氧化碳的电解系统相似，主要差异在于：第三实施例的二氧化碳的电解系统不包含第一气液分离单元4与第二气液分离单元5。
请参阅图6所示，在第三实施例中，每一阴极腔室11具有两个出口112A、112B，且两个出口112A、112B形成于不同高度位置上。高度位置较高的出口112A可用来排放阴极气体混合物V1，而高度位置较低的出口112B可用来排放阴极液体混合物L1。每一阳极腔室12具有两个出口112A、112B，且两个出口112A、112B形成于不同高度位置上。高度位置较高的出口122A可用来排放阳极气体混合物V2，而高度位置较低的出口122B可用来排放阳极液体混合物L2。如此一来，便可省略第一液体处理单元7与第二液体处理单元8的使用。
值得注意的是，第三实施例的二氧化碳的电解系统在使用时，需维持阴极腔室11及阳极腔室12内的液体高度呈现半满或超过半满的状态，以达到区分阴极气体混合物V1与阴极液体混合物L1，以及区分阳极气体混合物V2与阳极液体混合物L2的效果。
除了第一气液分离单元4与第二气液分离单元5之外，第三实施例中二氧化碳的电解系统具有与第一实施例中二氧化碳的电解系统相似的电化学电解设备1、第一反应物配制单元2、第二反应物配制单元3以及吸收单元6，故于此不再赘述。
[第四实施例]
请参阅图7所示，本发明第四实施例提供一种二氧化碳的电解系统，其与第三实施例的二氧化碳的电解系统相似，主要差异在于：第四实施例的二氧化碳的电解系统进一步包含第一液体处理单元7与第二液体处理单元8。
第一液体处理单元7与电化学电解设备1流体连通，以接收并适当处理阴极液体混合物L1。阴极液体混合物L1经第一液体处理单元7处理后可形成一第一处理液R1*，第一处理液R1*中的主要成分是阴极电解液E1，因此，第一处理液R1*可回流至电化学电解设备1，当作阴极反应物A1重复利用。于一较佳实施例中，可先将第一处理液R1*输送至第一反应物配制单元2，经适当调配后再输送至电化学电解设备1。
第二液体处理单元8与电化学电解设备1流体连通，以接收并适当处理阳极液体混合物L2。阳极液体混合物L2经第二液体处理单元8处理后可形成一第二处理液R2*，第二处理液R2*中的主要成分是阳极电解液E2，因此，第二处理液R2*可回流至电化学电解设备1，当作阳极反应物A2重复利用。于一较佳实施例中，可先将第二处理液R2*输送至第二反应物配制单元3，经适当调配后再输送至电化学电解设备1。
请参阅图8所示，本发明另提供一种二氧化碳的电解方法，其包括：使用一电化学电解设备电解一阴极反应物与一阳极反应物，以分别形成一阴极混合物与一阳极混合物(步骤S1)；使用一吸收单元处理阴极混合物，将阴极混合物区分为一阴极气体产物与一回流液(步骤S2)；输送回流液至一第一反应物配制单元(步骤S3)；第一反应物配制单元接收回流液后，提供阴极反应物给电化学电解设备(步骤S4)。
在步骤S1中，阴极反应物包括二氧化碳气体与一阴极电解液，阳极反应物中包括一阳极电解液，阴极混合物中包含电解反应产生的一氧化碳与氢气以及阴极电解液，阳极混合物包括氧气以及阳极电解液。在步骤S2中，阴极气体产物包括一氧化碳与氢气，即为合成气体。回流液包括阴极电解液与二氧化碳，故可通过步骤S3至S4回流至电化学电解设备，以提高本发明二氧化碳的电解方法的二氧化碳转化率。根据上述方法，本发明可将二氧化碳转化为可作为燃料的合成气体，不仅可减缓温室效应的问题，还提供了再生能源。
[实施例的有益效果]
本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的二氧化碳的电解系统及方法，其能通过“所述阴极反应物A1包括二氧化碳或含碳酸根或碳酸氢根的化合物，所述阴极混合物B1包括一氧化碳及氢气，所述阳极混合物B1包括氧气”以及“吸收单元6处理所述阴极混合物B1，并分离出包括一氧化碳及氢气的一合成气体”的技术方案，而具有可分解温室气体(二氧化碳)，还产生了可作为燃料的合成气体(一氧化碳与氢气)以及具有商业用途的碱性液态产物的效果。
更进一步来说，本发明的二氧化碳的电解系统及方法通过“所述吸收单元将所述阴极混合物区分为一阴极气体产物与一回流液，所述阴极气体产物包括所述合成气体，所述回流液回流至所述电化学电解设备”的技术方案，提高阴极气体产物中合成气体的含量，并可以连续方式稳定产生。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。
Claims (21)
1.一种二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统包括：
一电化学电解设备，其电解一阴极反应物与一阳极反应物，以分别形成一阴极混合物与一阳极混合物；其中，所述阴极反应物包括二氧化碳或含碳酸根或碳酸氢根的化合物，所述阴极混合物包括一氧化碳及氢气，所述阳极混合物包括氧气；以及
一吸收单元，其与所述电化学电解设备流体连通，以处理所述阴极混合物，并分离出包括所述一氧化碳及所述氢气的一合成气体。
2.根据权利要求1所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述吸收单元将所述阴极混合物区分为一阴极气体产物与一回流液，所述阴极气体产物包括所述合成气体，所述回流液包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根，所述回流液回流至所述电化学电解设备。
3.根据权利要求2所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第一反应物配制单元，所述第一反应物配制单元流体连通于所述电化学电解设备以及所述吸收单元之间，所述第一反应物配制单元接收所述回流液，并提供所述阴极反应物至所述电化学电解设备。
4.根据权利要求1所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阴极混合物包括一阴极气体混合物与一阴极液体混合物，所述吸收单元处理所述阴极气体混合物。
5.根据权利要求1所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阴极混合物包括一阴极液体混合物，所述阴极液体混合物包含金属离子、氢氧根离子或金属氢氧化物。
6.根据权利要求4所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第一气液分离单元，所述第一气液分离单元流体连通于所述电化学电解设备以及所述吸收单元之间，所述第一气液分离单元将所述阴极混合物区分为所述阴极气体混合物与所述阴极液体混合物。
7.根据权利要求4所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第一液体处理单元，所述第一液体处理单元与所述电化学电解设备流体连通，所述第一液体处理单元处理所述阴极液体混合物以产生一第一处理液，所述第一处理液回流至所述电化学电解设备。
8.根据权利要求7所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第一反应物配制单元，所述第一反应物配制单元流体连通于所述电化学电解设备以及所述第一液体处理单元之间，所述第一反应物配制单元接收所述第一处理液，并提供所述阴极反应物至所述电化学电解设备。
9.根据权利要求1所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阳极混合物包括一阳极气体混合物与一阳极液体混合物。
10.根据权利要求9所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第二气液分离单元，所述第二气液分离单元流体连通于所述电化学电解设备，所述第二气液分离单元将所述阳极混合物区分为所述阳极气体混合物与所述阳极液体混合物。
11.根据权利要求9所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第二液体处理单元，所述第二液体处理单元与所述电化学电解设备流体连通，所述第二液体处理单元处理所述阳极液体混合物以产生一第二处理液，所述第二处理液回流至所述电化学电解设备。
12.根据权利要求11所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述二氧化碳的电解系统还进一步包括：一第二反应物配制单元，所述第二反应物配制单元流体连通于所述电化学电解设备以及所述第二液体处理单元之间，所述第二反应物配制单元接收所述第二处理液，并提供所述阳极反应物给所述电化学电解设备。
13.根据权利要求1所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述电化学电解设备包括多个电解单元；其中，每一所述电解单元包括位于一阴极腔室内的一阴极电极、位于一阳极腔室内的一阳极电极以及夹设于所述阴极电极与所述阳极电极之间的一离子交换膜。
14.根据权利要求13所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阴极电极设置于所述阴极腔室，所述阴极电极上形成有一阴极触媒，所述阳极电极设置于所述阳极腔室，所述阳极电极上形成有一阳极触媒，每两个相邻的所述电解单元以一绝缘板间隔；其中，所述阴极触媒的材料包含铁、钴、镍、铜、钌、铑、银、铱、铂、金、钛或包含上述任一种金属的碳化合物，所述阳极触媒的材料包含钌、铑、铱、钛或包含上述任一种金属的金属卤化物、金属氧化物或金属氢氧化物。
15.根据权利要求13所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阴极腔室具有用以接收所述阴极反应物的一入口以及用以排放所述阴极混合物的一出口，所述阳极腔室具有一入口以接收所述阳极反应物以及一出口以排放所述阳极混合物。
16.根据权利要求13所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阴极腔室具有一入口以接收所述阴极反应物以及两个出口以排放所述阴极混合物，所述阳极腔室具有一入口以接收所述阳极反应物以及两个出口以排放所述阳极混合物。
17.根据权利要求1所述的二氧化碳的电解系统，其特征在于，所述阴极反应物还包括一阴极电解液，所述阴极电解液中包含碳酸氢根或碳酸根；其中，所述阳极反应物还包括一阳极电解液，所述阳极电解液中包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根。
18.一种二氧化碳的电解方法，其特征在于，所述方法包括：
使用一电化学电解设备电解一阴极反应物与一阳极反应物，以分别形成一阴极混合物与一阳极混合物；其中，所述阴极反应物包括二氧化碳或含碳酸根或碳酸氢根的化合物，所述阴极混合物包括一氧化碳及氢气，所述阳极混合物包括氧气；以及
使用一吸收单元处理所述阴极混合物，以分离出包括一氧化碳及氢气的一合成气体。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述吸收单元处理所述阴极混合物后，将所述阴极混合物区分为一阴极气体产物与一回流液，所述阴极气体产物包括所述合成气体，所述回流液中包含碳酸氢根、碳酸根或氢氧根；其中，所述二氧化碳的电解方法进一步包括：将所述回流液回流至所述电化学电解设备。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：输送所述回流液至一第一反应物配制单元，所述第一反应物配制单元提供所述阴极反应物给所述电化学电解设备。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述阴极混合物包含包括一阴极气体混合物与一阴极液体混合物，所述阴极液体混合物包含金属离子、氢氧根离子或金属氢氧化物。
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