CN116856007A - 一种电解海水的碳捕集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精细化工技术领域，具体涉及一种电解海水的碳捕集系统及方法。本发明提供的系统可以捕获海水中的溶解碳，在电解槽阴极诱导碱度，原位捕获碳，降低能耗需求；海水不需要经过精细的预处理过程，减少对于淡水资源的需求；同时本发明可避免化学吸收剂的使用，整个过程绿色环保；碳以碳酸钙的形式被固定，实现碳的安全与长久的封存。
Description
技术领域
本发明涉及碳捕集技术领域，具体来说涉及一种电解海水的碳捕集系统及方法。
背景技术
化石燃料的使用、毁林等人类活动导致过去150年大气CO2浓度大量增加。由于温室效应这些大量积聚的CO2正在引发全球气温上升，继而会引起各种自然灾害。按照当前碳排放速度，能效提高技术和零碳能源技术很难满足碳中和目标，发展碳捕集技术变得尤为重要。目前二氧化碳捕获方法主要包括吸收法，吸附法和膜分离。其中吸收法和吸附法效率高，操作简单，技术日渐成熟并且工业应用较广泛，不过面临着能耗和成本较高的问题，封存还有泄露风险，吸收剂或吸附剂的使用对环境具有不利的影响。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种电解海水的碳捕集系统和方法，本发明提供的碳捕集系统可避免化学吸收剂的使用，整个过程绿色环保；碳以碳酸钙的形式被固定，实现碳的安全与长久的封存。
本发明提供了一种电解海水的碳捕集系统，包括阳极室1；所述阳极室1的侧壁为阳离子交换膜2；所述阳极室1中设置有阳极1-1；
与阳极室1通过阳离子交换膜隔开的阴极室3；阴极室3中设置有阴极3-1；
与阳极室1、阴极室3分别通过管道连通的过滤器4。
优选地，所述阳离子交换膜2为CMI型阳离子交换膜或FKS型阳离子交换膜。
优选地，所述阳极1-1为钛基电极。
优选地，所述阴极3-1的材质为镍基材料。
优选地，所述过滤器4为桶式过滤机。
本发明还提供了上述所述的碳捕集系统进行电解海水捕碳的方法，包括以下步骤：
将海水通入阴极室3内，进行电解；
电解时，在阴极室3进行析氢反应和沉淀反应，得到碳酸钙和脱钙海水；
所得的脱钙海水进入阳极室1进行析氯反应；碳酸钙经过滤器4排出。
优选地，所述电解的电流密度为60～63A/m2。
本发明提供了一种电解海水的碳捕集系统，包括阳极室1；所述阳极室1的侧壁为阳离子交换膜2；所述阳极室1中设置有阳极1-1；与阳极室1通过阳离子交换膜隔开的阴极室3；阴极室3中设置有阴极3-1；与阳极室1、阴极室3分别通过管道连通的过滤器4。本发明提供的系统可以捕获海水中的溶解碳，在电解槽阴极诱导碱度，原位捕获碳，降低能耗需求；海水不需要经过精细的预处理过程，减少对于淡水资源的需求；同时本发明可避免化学吸收剂的使用，整个过程绿色环保；碳以碳酸钙的形式被固定，实现碳的安全与长久的封存。
附图说明
图1为本发明提供的电解海水的碳捕集系统。
具体实施方式
本发明提供了一种电解海水碳捕集系统，阳极室1；所述阳极室1的侧壁为阳离子交换膜2；阳极室1中设置有阳极1-1；
与阳极室1通过阳离子交换膜隔开的阴极室3；阴极室3中设置有阴极3-1；
与阳极室1、阴极室3分别通过管道连通的过滤器4。
如图1所示，本发明提供了一种电解海水的碳捕集系统，包括阳极室1。
在本发明中，所述阳极室1的侧壁为阳离子交换膜2。在本发明中，所述阳离子交换膜2为CMI型阳离子交换膜或FKS型阳离子交换膜。在本发明中，所述阳极室1中设置有阳极1-1。在本发明中，所述阳极1-1的材质优选为钛基电极。在本发明中，所述钛基电极优选为多元涂层钛基电极。在本发明中，所述多元涂层钛基电极优选为Ti基体和在Ti基体上依次层叠RuO2、IrO2、SnO2和Sb2O5。
本发明提供的碳捕集系统，包括与阳极室1通过阳离子交换膜2隔开的阴极室3。
在本发明中，所述阴极室3中设置有阴极3-1。在本发明中，所述阴极的材质优选为镍基材料；所述镍基材料优选为Ni基体和在所述Ni基体上设置的涂层Nb2O5。
在本发明中，所述阴极室3用于填充海水。
本发明提供的碳捕集系统，包括与阳极室1、阴极室3分别通过管道连通的过滤器4。
在本发明中，所述过滤器4优选为桶式过滤机。
本发明还提供了一种利用所述的碳捕集系统电解海水捕碳的方法，包括以下步骤：
将海水通入阴极室3内，进行电解；
电解时，在阴极室3进行析氢反应和沉淀反应，得到碳酸钙和脱钙海水；
所得的脱钙海水进入阳极室1进行析氯反应；碳酸钙经过滤器4排出。
在本发明中，所述海水在电解前，优选还包括过滤掉悬浮物与大颗粒物质。在本发明中，所述海水中Ca2+的浓度优选为400～450g/mL，更优选为412g/mL。在本发明中，所述海水中HCO3 2-的浓度优选为130～135g/mL，更优选为131～131.15g/mL。
在本发明中，所述电解的电流密度优选为60～63A/m2，更优选为62.5A/m2。在本发明中，所述电解的电压优选为直流电压。
在本发明中，当海水通入阴极室，在一定的直流电压条件下，阴极发生水分解半反应(析氢反应)，产生氢气以及氢氧根离子。海水作为一个特定载体吸收大气中的二氧化碳，海水中溶解的碳大部分为碳酸氢根形式。阴极产生的氢氧根的作用下，海水中的碳酸氢根转化为碳酸根，碳酸根与海水中的钙离子结合在形成碳酸钙沉淀。包含碳酸钙固体的海水从阴极室排出后进入过滤器，通过过滤器碳酸钙从系统排出，同时，脱钙后的海水进入到阳极室，发生析氯反应，脱氯后的海水从阳极室再进入到阴极室，海水在电解槽两个腔室循环，直至所有碳都被去除。电解槽中设置了阳离子交换膜，用于隔离阳极和阴极产物，将阴极生成的氢氧根离子限制在阴极室内。
在本发明中，主要涉及到的反应如下：
阳极析氯反应：2Cl--2e-→Cl2(g)；
阴极析氢反应：2H2O+2e-→H2(g)+2OH-；
阴极室沉淀反应：
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将海水(Ca2+的浓度为400g/mL，HCO3 2-的浓度为131g/mL)通入阴极室内，在电流密度为60A/m2的条件下进行电解，电解时，在阴极室进行析氢反应和沉淀反应，单位体积海水得到100g碳酸钙并获得脱钙海水；所得的脱钙海水进入阳极室进行析氯反应；碳酸钙经过滤器排出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种电解海水的碳捕集系统，其特征在于，包括阳极室(1)；所述阳极室(1)的侧壁为阳离子交换膜(2)；所述阳极室(1)中设置有阳极(1-1)；
与阳极室(1)通过阳离子交换膜隔开的阴极室(3)；阴极室(3)中设置有阴极(3-1)；
与阳极室(1)、阴极室(3)分别通过管道连通的过滤器(4)。
2.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述阳离子交换膜(2)为CMI型阳离子交换膜或FKS型阳离子交换膜。
3.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述阳极(1-1)为钛基电极。
4.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述阴极(3-1)的材质为镍基材料。
5.根据权利要求1所述的碳捕集系统，其特征在于，所述过滤器(4)为桶式过滤机。
6.一种利用权利要求1～5任一项所述的碳捕集系统进行电解海水捕碳的方法，包括以下步骤：
将海水通入阴极室(3)内，进行电解；
电解时，在阴极室(3)进行析氢反应和沉淀反应，得到碳酸钙和脱钙海水；
所得的脱钙海水进入阳极室(1)进行析氯反应；碳酸钙经过滤器(4)排出。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述电解的电流密度为60～63A/m2。
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