WO1995003438A1 - Electrolytic carbon dioxide reduction method - Google Patents

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WO1995003438A1
WO1995003438A1 PCT/IB1994/000223 IB9400223W WO9503438A1 WO 1995003438 A1 WO1995003438 A1 WO 1995003438A1 IB 9400223 W IB9400223 W IB 9400223W WO 9503438 A1 WO9503438 A1 WO 9503438A1
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cathode
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sec
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PCT/IB1994/000223
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Inventor
Jan Augustynski
Beat Jermann
Robert Kostecki
Original Assignee
Universite De Geneve
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00Operating or servicing cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20Processes
    • C25B3/25Reduction

Definitions

  • the present invention relates to an improved process for electrolytic reduction of CO2 •
  • Carbon dioxide (CO2) is, in the long term, an essential raw material for the chemical industry and the manufacture of liquid (methanol, ethanol) and gaseous (methane) fuels.
  • the conversion of CO2 into fuel or intermediate chemicals can be carried out by reduction with hydrogen in the gas phase (high temperature and pressure) or directly by electrolytic reduction in an aqueous medium (environmental conditions). In both cases, such an operation requires the supply of electrical energy either to manufacture the hydrogen intended for the reduction process in the gas phase, or to conduct a direct electrolysis of CO2 in an aqueous environment.
  • the direct electrolytic process on condition of being effective, on the other hand has an obvious advantage of simplicity and of considerably lower operating cost.
  • the aim of the present invention is to provide a process for the electrolytic reduction of CO2 in aqueous saline solution saturated with CO2 and in the presence of a copper or silver cathode, which allows the above-mentioned drawbacks of known processes to be overcome. , and which more particularly provides an improved yield and which prevents poisoning and thereby blockage of the cathode.
  • the copper or silver cathode is subjected to an electrochemical activation consisting of the application of at least one scan cycle of the poten ⁇ tial of the cathode comprising a linear increase in this potential up to a positive potential compared to the initial electrolysis potential, then the linear return to it .
  • the cathode is made of copper and the activation can then comprise from 1 to 5 cycles, preferably 3 cycles, succeeding each other every 3 to 15 minutes, preferably every 5 minutes approx. .
  • the actual scanning consists in a linear increase in the potential of the cathode up to 0.5 to 1.5 V, preferably up to around 1V, compared to a normal calomel reference electrode (ENC), at a speed of 0.5 to 20 V / sec, or better still of 1 to 10 V / sec, and preferably around 5V / sec, the potential then returning to its value of usual origin at a similar speed.
  • EEC normal calomel reference electrode
  • the reduction of CO 2 is in principle carried out at ambient temperature and at atmospheric pressure, in aqueous saline solution saturated with CO 2 (for example acidic carates, chlorides, perchlorates or sulphates of alkali metals), at a neutral to slightly alkaline pH. Electrolysis is generally carried out at a potential of -2V (compared to an ENC reference electrode).
  • this can also be carried out between 0 ° and 60 ° C and at a pressure higher than atmospheric pressure, for example hitherto around 5 atm.
  • bicarbonate sulfate or perchlorate.
  • Na or K in a concentration of 0.1 to 1 M, preferably 0.1 to 0.5 M.
  • the copper cathode can be replaced by a silver cathode; in this case the solution will contain, in addition to a perchlorate, sulfate or alkali chloride, a small amount of a soluble copper salt, for example CUSO, in a concentration of 10 ⁇ 6 to 5 x 10- * - * mole / 1, preferably between 10 - * - * and 5 x 1 0 ⁇ 4 mole / 1.
  • the electrolytic reduction of CO2 dissolved in the solution will then be accompanied by a deposit of metallic copper on the silver cathode.
  • the scanning consists of a linear increase in the potential of the cathode up to about 0.4 V, preferably about 0.3 V, relative to the ENC, at a speed from 0.1 to 1 V / sec, preferably at about 0.2 V / sec, the potential then returning to its initial value at a similar speed.
  • Figures 1, 2 and 3 are graphs representing the faradaic yields (in%) relative to the duration of the electrolysis for three experiments carried out with the method according to the invention.
  • FIGS. 1A and 2A are graphs corresponding to those of FIGS. 1 and 2, but showing the results of corresponding experiments carried out in the usual manner, that is to say without activation.
  • Example 1
  • the electrolysis is carried out in a glass cell, with two compartments separated by a Nafion membrane.
  • the catholyte (30ml) is continuously traversed by a CO2 flow of approximately 15ml / min.
  • an electrochemical preparation method of the electrode which has the advantage of giving better reproducible surfaces, and which consists in applying an anodic current of 100 mA for 5 minutes and in an 85% H3PO4 solution.
  • the three solutions used are 0.1M sodium bicarbonate, 0.5M potassium bicarbonate and 0.5M potassium sul ⁇ fate.
  • the reference electrode is the ECN, the potentials mentioned below relating to it.
  • the electrolyses were carried out at a potential of -2V. Activation, which prolongs the life of the cathode, consisted of a succession of three cycles of scanning of the potential up to an anode limit lying between +1.5 and +0.5 V and at the speed of about 5 V / sec. These cycles were repeated every five minutes. Corresponding control electrolyses were carried out under the same conditions, but without the activation cycles.
  • the cathodic current progresses during an electrolysis, in this solution, of about 40 to 60 mA / cm 2 .
  • the current densities used during the electrolysis of water on an industrial scale are of the order of 200 mA / cm 2 .
  • the copper cathode has been replaced by a silver cathode.
  • the proper functioning of the CO 2 electrolysis required periodic activation of the silver cathode.
  • Such an activation here consisted of a succession of three cycles of a linear scan of the potential of the cathode between the usual potential of electrolysis, for example -2V, and + 0.3V. This series of 3 scanning cycles was carried out at a speed of 0.2 V / sec. and repeated every 5 min. during electrolysis. During these activation cycles, a greater or lesser part of the copper deposited at the cathode during the electrolysis of CO 2 is oxidized and passes into the solution in the form of Cu 2+ ions.
  • This method makes it possible to obtain spectacular yields of the main products which are comparable, or even superior to the copper electrode, while at the same time also avoiding deactivation of the cathode.
  • the faradaic yields after 5 h. electrolysis were about 35-40% CH 4 , 30% C 2 H 4 , 9% C 2 H 5 OH and 3% CO.

Abstract

A method for electrolytically reducing carbon dioxide in a CO2-saturated aqueous saline solution with a neutral to slightly alkaline pH and in the presence of a copper or silver cathode, wherein the cathode is electrochemically activated by at least one cathode potential scanning cycle including a linear increase in potential up to a positive potential relative to the starting electrolytic potential, followed by a linear return to said starting potential.

Description

PROCEDE DE REDUCTION ELECTROLYTIOUE DU BIOXYDE DE CARBONEPROCESS FOR ELECTROLYTIOUS REDUCTION OF CARBON BIOXIDE
La présente invention concerne un procédé amélioré pour la réduction électrolytique du CO2•The present invention relates to an improved process for electrolytic reduction of CO2 •
Le bioxyde de carbone (CO2) constitue, à long terme, une matière première essentielle pour l'industrie chimique et la fabrication de combustibles liquides (méthanol, éthanol) et gazeux (méthane). La conversion du CO2 en com¬ bustibles ou en produits chimiques intermédiaires peut être réalisée par réduction avec 1'hydrogène en phase ga¬ zeuse (température et pression élevées) ou directement par réduction électrolytique en milieu aqueux (conditions am¬ biantes). Dans les deux cas, une telle opération exige l'apport d'énergie électrique soit pour fabriquer l'hydro¬ gène destiné au procédé de réduction en phase gazeuse, soit pour conduire une électrolyse directe de CO2 en mi¬ lieu aqueux. Le procédé électrolytique direct, à condition d'être efficace, présente par contre un avantage évident de simplicité et de coût d'opération largement inférieur.Carbon dioxide (CO2) is, in the long term, an essential raw material for the chemical industry and the manufacture of liquid (methanol, ethanol) and gaseous (methane) fuels. The conversion of CO2 into fuel or intermediate chemicals can be carried out by reduction with hydrogen in the gas phase (high temperature and pressure) or directly by electrolytic reduction in an aqueous medium (environmental conditions). In both cases, such an operation requires the supply of electrical energy either to manufacture the hydrogen intended for the reduction process in the gas phase, or to conduct a direct electrolysis of CO2 in an aqueous environment. The direct electrolytic process, on condition of being effective, on the other hand has an obvious advantage of simplicity and of considerably lower operating cost.
A plus court terme, le procédé de réduction de CO2 par voie de l'électrolyse peut aussi constituer un bon moyen de stockage de l'énergie électrique, quelle que soit son origine. En effet, le méthanol ou le méthane sont plus faciles à stocker que l'hydrogène, dont l'utilisation à cette fin a souvent été envisagée. C'est pourquoi, de nom¬ breuses recherches ont été entreprises pour tenter d'amé¬ liorer ce procédé de réduction électrolytique, plus parti- culièrement dans le but d'augmenter son rendement.In the shorter term, the process of reducing CO2 by electrolysis can also constitute a good means of storing electrical energy, whatever its origin. Indeed, methanol or methane are easier to store than hydrogen, the use of which for this purpose has often been envisaged. This is why, a great deal of research has been undertaken to try to improve this more electrolytic reduction process. especially in order to increase its yield.
D'autre part, on connait déjà dans un tel procédé l'activité des électrodes de cuivre pour la réduction du CO2 qui a été décrite pour la première fois en 1985 (Hori et al., Chemistry Letters, 1695, 1985) et qui, depuis cette date, a fait l'objet de nombreuses publications. Cet intérêt s'explique par le fait que le cuivre reste actuel¬ lement le seul matériau d'électrode permettant d'obtenir les produits les plus intéressants de réduction du CO2, à savoir le méthane, l'éthylène et l'éthanol. Cependant, il s'est avéré assez rapidement que le rendement (par rapport au courant) des produits de réduction de CO2 élevé dans la période initiale (30 min. à 1 heure) de l'électrolyse, chutait ensuite rapidement en raison d'un empoisonnement de l'électrode de cuivre, l'hydrogène devenant le produit prédominant de 1'électrolyse et les hydrocarbures tendant à disparaître totalement. Malgré diverses tentatives, aucun remède efficace contre le blocage de 1'électrode de cuivre n'a été décrit jusqu'à présent.On the other hand, we already know in such a process the activity of copper electrodes for the reduction of CO2 which was first described in 1985 (Hori et al., Chemistry Letters, 1695, 1985) and which, since that date, has been the subject of numerous publications. This interest is explained by the fact that copper currently remains the only electrode material making it possible to obtain the most advantageous products for reducing CO2, namely methane, ethylene and ethanol. However, it soon became apparent that the yield (relative to current) of the high CO2 reduction products in the initial period (30 min. To 1 hour) of electrolysis then dropped rapidly due to a poisoning of the copper electrode, hydrogen becoming the predominant product of electrolysis and hydrocarbons tending to disappear completely. Despite various attempts, no effective remedy against blockage of the copper electrode has been described so far.
Ainsi, le but de la présente invention consiste à fournir un procédé de réduction électrolytique du CO2 en solution saline aqueuse saturée en CO2 et en présence d'une cathode en cuivre ou en argent, qui permette de re¬ médier aux inconvénients précités des procédés connus, et qui fournisse plus particulièrement un rendement amélioré et qui empêche l'empoisonnement et par là le blocage de la cathode.Thus, the aim of the present invention is to provide a process for the electrolytic reduction of CO2 in aqueous saline solution saturated with CO2 and in the presence of a copper or silver cathode, which allows the above-mentioned drawbacks of known processes to be overcome. , and which more particularly provides an improved yield and which prevents poisoning and thereby blockage of the cathode.
Le but précité est atteint par le procédé selon l'in¬ vention, dans lequel on soumet la cathode de cuivre ou d'argent à une activation électrochimique consistant en l'application d'au moins un cycle d'un balayage du poten¬ tiel de la cathode comprenant une augmentation linéaire de ce potentiel jusqu'à un potentiel positif par rapport au potentiel d'électrolyse initial, puis le retour linéaire à celui-ci.The above object is achieved by the method according to the invention, in which the copper or silver cathode is subjected to an electrochemical activation consisting of the application of at least one scan cycle of the poten¬ tial of the cathode comprising a linear increase in this potential up to a positive potential compared to the initial electrolysis potential, then the linear return to it .
Selon une première variante de l'invention, la cathode est en cuivre et l'activation peut alors comprendre de 1 à 5 cycles, de préférence 3 cycles, se succédant toutes les 3 à 15 minutes, de préférence toutes les 5 minutes envi¬ ron. Le balayage proprement dit consiste en une augmenta¬ tion linéaire du potentiel de la cathode jusqu'à 0,5 à 1,5 V, de préférence jusqu'à environ 1V, par rapport à une électrode de référence normale au calomel (ENC), à une vi¬ tesse de 0,5 à 20 V/sec, ou mieux de 1 à 10 V/sec, et de préférence d'environ 5V/sec, le potentiel revenant en¬ suite à sa valeur d'origine usuelle à une vitesse simi¬ laire.According to a first variant of the invention, the cathode is made of copper and the activation can then comprise from 1 to 5 cycles, preferably 3 cycles, succeeding each other every 3 to 15 minutes, preferably every 5 minutes approx. . The actual scanning consists in a linear increase in the potential of the cathode up to 0.5 to 1.5 V, preferably up to around 1V, compared to a normal calomel reference electrode (ENC), at a speed of 0.5 to 20 V / sec, or better still of 1 to 10 V / sec, and preferably around 5V / sec, the potential then returning to its value of usual origin at a similar speed.
La réduction du CO2 est en principe effectuée à tempé¬ rature ambiante et à la pression atmosphérique, en solu¬ tion saline aqueuse saturée avec du CO2 (par exemple car¬ bonates acides, chlorures, perchlorates ou sulfates de mé¬ taux alcalins), à un pH neutre à faiblement alcalin. L'é- lectrolyse est généralement effectuée à un potentiel de -2V (par rapport à une électrode de référence ENC) .The reduction of CO 2 is in principle carried out at ambient temperature and at atmospheric pressure, in aqueous saline solution saturated with CO 2 (for example acidic carates, chlorides, perchlorates or sulphates of alkali metals), at a neutral to slightly alkaline pH. Electrolysis is generally carried out at a potential of -2V (compared to an ENC reference electrode).
En ce qui concerne la température et la pression de 1'électrolyse, celle-ci peut également être effectuée entre 0° et 60°C et à une pression supérieure à la pres¬ sion atmosphérique, par exemple jusqu'ici environ 5 atm.As regards the temperature and pressure of the electrolysis, this can also be carried out between 0 ° and 60 ° C and at a pressure higher than atmospheric pressure, for example hitherto around 5 atm.
Comme électrolyte, on peut avantageusement utiliser par exemple du bicarbonate, du sulfate ou du perchlorate de Na ou de K, en concentration de 0,1 à 1 M, de préfé¬ rence de 0,1 à 0,5 M.As an electrolyte, it is advantageous to use, for example, bicarbonate, sulfate or perchlorate. Na or K, in a concentration of 0.1 to 1 M, preferably 0.1 to 0.5 M.
Selon une seconde variante du procédé, la cathode en cuivre peut être remplacée par une cathode en argent; dans ce cas la solution contiendra, en plus d'un perchlorate, sulfate ou chlorure alcalin, une faible quantité d'un sel soluble de cuivre, par exemple du CUSO , en une concentra¬ tion de 10~6 à 5 x 10-*-* mole/1, de préférence entre lO-*-* et 5 x 1 0~4 mole/1. La réduction électrolytique du CO2 dissous dans la solution s'accompagnera alors d'un dépôt de cuivre métallique sur la cathode en argent. Avec une telle électrode d'argent, le balayage consiste en une aug- mention linéraire du potentiel de la cathode jusqu'à envi¬ ron 0,4V, de préférence d'environ 0,3V, par rapport à l'ENC, à une vitesse de 0,1 à 1 V/sec, de préférence à en¬ viron 0,2 V/sec, le potentiel revenant ensuite à sa valeur initiale à une vitesse similaire.According to a second variant of the method, the copper cathode can be replaced by a silver cathode; in this case the solution will contain, in addition to a perchlorate, sulfate or alkali chloride, a small amount of a soluble copper salt, for example CUSO, in a concentration of 10 ~ 6 to 5 x 10- * - * mole / 1, preferably between 10 - * - * and 5 x 1 0 ~ 4 mole / 1. The electrolytic reduction of CO2 dissolved in the solution will then be accompanied by a deposit of metallic copper on the silver cathode. With such a silver electrode, the scanning consists of a linear increase in the potential of the cathode up to about 0.4 V, preferably about 0.3 V, relative to the ENC, at a speed from 0.1 to 1 V / sec, preferably at about 0.2 V / sec, the potential then returning to its initial value at a similar speed.
Le procédé selon l'invention sera maintenant décrit plus en détail et en référence aux deux exemples suivants non limitatifs.The method according to the invention will now be described in more detail and with reference to the following two nonlimiting examples.
Les figures 1 , 2 et 3 sont des graphiques représen¬ tant les rendements faradiques (en %) par rapport à la durée de 1'électrolyse pour trois expériences réalisées avec le procédé selon l'invention.Figures 1, 2 and 3 are graphs representing the faradaic yields (in%) relative to the duration of the electrolysis for three experiments carried out with the method according to the invention.
Les figures 1A et 2A sont des graphiques correspon¬ dants à ceux des figures 1 et 2, mais représentant les ré¬ sultats d'expériences correspondantes réalisées de manière usuelle, c'est-à-dire sans activation. Exemple 1FIGS. 1A and 2A are graphs corresponding to those of FIGS. 1 and 2, but showing the results of corresponding experiments carried out in the usual manner, that is to say without activation. Example 1
Les electrolyses sont effectuées dans une cellule en verre, à deux compartiments séparés par une membrane en Nafion . Le catholyte (30ml) est traversé en continu par un flux de CO2 de 15ml/min environ. L'électrode de travail est ici un barreau de cuivre de 6 mm de diamètre (surface = 0,28 cm*- ) , poli à l'alumine 0,3μ, puis décapé 15 se¬ condes dans HC1 10%, juste avant le début de l'électro¬ lyse. Au lieu de ce décapage chimique, on peut utiliser une méthode de préparation électrochimique de l'électrode, qui a l'avantage de donner des surfaces mieux reproduc¬ tibles, et qui consiste en l'application d'un courant ano¬ dique de 100 mA pendant 5 minutes et dans une solution de H3PO4 85%.The electrolysis is carried out in a glass cell, with two compartments separated by a Nafion membrane. The catholyte (30ml) is continuously traversed by a CO2 flow of approximately 15ml / min. The working electrode here is a copper rod 6 mm in diameter (surface = 0.28 cm * -), polished with 0.3 μm alumina, then pickled for 15 seconds in 10% HC1, just before beginning of electrolysis. Instead of this chemical etching, one can use an electrochemical preparation method of the electrode, which has the advantage of giving better reproducible surfaces, and which consists in applying an anodic current of 100 mA for 5 minutes and in an 85% H3PO4 solution.
Les trois solutions utilisées sont le bicarbonate de sodium 0,1M, le bicarbonate de potassium 0,5M et le sul¬ fate de potassium 0,5M. L'électrode de référence est l'ECN, les potentiels mentionnés ci-après s'y rapportant. Les electrolyses ont été effectuées à un potentiel de -2V. L'activâtion, qui permet de prolonger la durée de vie de la cathode, a consisté en une succession de trois cycles de balayage du potentiel jusqu'à une limite anodique se situant entre +1,5 et +0,5 V et à la vitesse de 5 V/sec environ. Ces cycles ont été répétés toutes les cinq minutes. Des electrolyses correspondantes de contrôle ont été effectuées dans les mêmes conditions, mais sans les cycles d'activation.The three solutions used are 0.1M sodium bicarbonate, 0.5M potassium bicarbonate and 0.5M potassium sul¬ fate. The reference electrode is the ECN, the potentials mentioned below relating to it. The electrolyses were carried out at a potential of -2V. Activation, which prolongs the life of the cathode, consisted of a succession of three cycles of scanning of the potential up to an anode limit lying between +1.5 and +0.5 V and at the speed of about 5 V / sec. These cycles were repeated every five minutes. Corresponding control electrolyses were carried out under the same conditions, but without the activation cycles.
L'analyse de produits de la réduction (ici méthane et éthylène), aussi bien dans la phase gazeuse, au cours d'une électrolyse, que dans la solution, à la fin d'une expérience, a été effectuée à l'aide d'un chromatographe à gaz muni d'un détecteur FID.Analysis of reduction products (here methane and ethylene), both in the gas phase, during of an electrolysis, that in the solution, at the end of an experiment, was carried out using a gas chromatograph provided with an FID detector.
Les trois expériences qui ont été réalisées se dis¬ tinguent donc par l'utilisation d'électrolytes différents.The three experiments which have been carried out are therefore distinguished by the use of different electrolytes.
La première a été effectuée dans du KHCO3 0,5M, à 25°C, et les résultats obtenus sont présentés sur les figures 1 et 1A. Avec l'activation selon l'invention (fig.1), les rendements faradiques sont d'environ 40 à 50 % pour le méthane et 10% pour l'éthylène, et restent stables, même sur une durée d'électrolyse de 24 heures. Au cours de cette expérience, quelques pourcents d'éthanol ont été détectés, de même que des fractions de pourcent seulement de CO et de formiates. Au contraire, les résul¬ tats obtenus sans activation (fig. 1A) confirment que très rapidement (moins de 2 heures pour l'éthylène et environ 3 heures pour le méthane) les rendements faradiques sont re¬ tombés à des valeurs négligeables proches de zéro. Le cou¬ rant cathodique progresse au cours d'une électrolyse, dans cette solution, d'environ 40 à 60 mA/cm2. A titre de com¬ paraison, les densités de courant utilisées lors de l'é- lectrolyse de l'eau à l'échelle industrielle sont de l'ordre de 200 mA/cm2.The first was carried out in 0.5M KHCO3, at 25 ° C, and the results obtained are presented in Figures 1 and 1A. With activation according to the invention (fig. 1), the faradic yields are around 40 to 50% for methane and 10% for ethylene, and remain stable, even over an electrolysis period of 24 hours. . During this experiment, a few percent of ethanol was detected, as well as only fractions of a percent of CO and formates. On the contrary, the results obtained without activation (fig. 1A) confirm that very quickly (less than 2 hours for ethylene and approximately 3 hours for methane) the faradaic yields fell to negligible values close to zero . The cathodic current progresses during an electrolysis, in this solution, of about 40 to 60 mA / cm 2 . By way of comparison, the current densities used during the electrolysis of water on an industrial scale are of the order of 200 mA / cm 2 .
Avec du NaHCÛ3 0,1M comme électrolyte, la seconde ex¬ périence a été réalisée dans des conditions identiques à celles de la première, mais les rendements faradiques ob¬ tenus sont légèrement inférieurs, à savoir environ 40 % de CH4 et 10-20 % de C2H (fig. 2). Les courants beaucoup plus faibles (10 à 20 mA/cm2) permettent de prolonger la réduction sur plus de 50 heures en maintenant les rende- ments constants. Par contre, comme précédemment, on constate que sans activation le rendement retombe à des valeurs insignifiantes très rapidement, après 1h30 à envi¬ ron 2 heures (fig. 2A) .With 0.1 M NaHCO3 as electrolyte, the second experiment was carried out under conditions identical to those of the first, but the faradaic yields obtained are slightly lower, namely approximately 40% of CH4 and 10-20%. of C2H (fig. 2). The much weaker currents (10 to 20 mA / cm 2 ) make it possible to extend the reduction over more than 50 hours while maintaining the constant things. On the other hand, as before, it can be seen that without activation, the yield drops to insignificant values very quickly, after 1 h 30 to approx. 2 hours (FIG. 2A).
Enfin, la troisième expérience, effectuée dans une so¬ lution de K2SO4 0,5M et à 5°C, a permis de maintenir des rendements faradiques élevés, soit d'environ 60% pour le méthane et environ 10% pour l'éthylène, sur une durée d'au moins 75 heures et avec des courants cathodiques de l'ordre de 80 mA/cm2 (fig. 3).Finally, the third experiment, carried out in a solution of 0.5 M K2SO4 and at 5 ° C., made it possible to maintain high faradaic yields, that is to say around 60% for methane and around 10% for ethylene, over a period of at least 75 hours and with cathode currents of the order of 80 mA / cm 2 (fig. 3).
Exemple 2Example 2
Pour ce second exemple, la cathode en cuivre a été remplacée par une cathode en argent. Comme dans le cas de la cathode en cuivre seul, le bon fonctionnement de 1'é- lectolyse du CO2 a nécessité une activation périodique de la cathode en argent. Une telle activation a consisté ici en une succession de trois cycles d'un balayage linéaire du potentiel de la cathode entre le potentiel usuel de 1'électrolyse, par exemple -2V, et +0,3V. Cette série de 3 cycles de balayage a été effectuée à une vitesse de 0,2 V/sec. et répétée toutes les 5 min. au cours de l'é- lectrolyse. Pendant ces cycles d'activation, une partie plus ou moins importante du cuivre déposé à la cathode au cours de 1'électrolyse du CO2 est oxydée et passe dans la solution sous forme d'ions Cu2+.For this second example, the copper cathode has been replaced by a silver cathode. As in the case of the copper cathode alone, the proper functioning of the CO 2 electrolysis required periodic activation of the silver cathode. Such an activation here consisted of a succession of three cycles of a linear scan of the potential of the cathode between the usual potential of electrolysis, for example -2V, and + 0.3V. This series of 3 scanning cycles was carried out at a speed of 0.2 V / sec. and repeated every 5 min. during electrolysis. During these activation cycles, a greater or lesser part of the copper deposited at the cathode during the electrolysis of CO 2 is oxidized and passes into the solution in the form of Cu 2+ ions.
Cette méthode permet d'obtenir des rendements fara¬ diques des principaux produits comparables, voire supé¬ rieurs par rapport à l'électrode en cuivre, tout en per- mettant également d'éviter la désactivation de la cathode. Par exemple, lors d'une électrolyse conduite dans du aClÛ4 0,1M, saturé avec du CO2, contenant 3,3 x 10~4 mole/1 de CUSO4, avec la cathode en argent polarisée à -2V (versus ENC) et activée toutes les 5 min., les rendements faradiques après 5h. d'électrolyse étaient d'environ 35- 40% de CH4, 30% de C2H4, 9% de C2H5OH et 3% de CO.This method makes it possible to obtain spectacular yields of the main products which are comparable, or even superior to the copper electrode, while at the same time also avoiding deactivation of the cathode. For example, during an electrolysis carried out in 0.1M aCl04, saturated with CO2, containing 3.3 x 10 -4 mole / 1 of CUSO4, with the silver cathode polarized at -2V (versus ENC) and activated every 5 min., the faradaic yields after 5 h. electrolysis were about 35-40% CH 4 , 30% C 2 H 4 , 9% C 2 H 5 OH and 3% CO.
Il ressort donc clairement des expériences ci-dessus illustrant l'invention à titre d'exemples que l'activation faisant l'objet de cette invention permet de supprimer le blocage de la cathode, et ainsi d'obtenir des rendements faradiques élevés, même sur des durées d'electrolyses su¬ périeures à 24 heures. Une telle amélioration des rende¬ ments et de la durée possible du processus permet donc d'envisager l'utilisation de la réduction électrolytique du CO2 à l'échelle industrielle. It is therefore clear from the above experiments illustrating the invention by way of examples that the activation which is the subject of this invention makes it possible to remove the blocking of the cathode, and thus to obtain high faradaic yields, even on electrolysis times longer than 24 hours. Such an improvement in yields and in the possible duration of the process therefore makes it possible to envisage the use of electrolytic reduction of CO2 on an industrial scale.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réduction électrolytique du bioxyde de car¬ bone dans une solution saline aqueuse à pH neutre à fai¬ blement alcalin saturée en CO2 et en présence d'une ca¬ thode en cuivre ou en argent, dans lequel on soumet cette cathode à une activation électrochimique consistant en l'application d'au moins un cycle d'un balayage du poten¬ tiel de la cathode comprenant une augmentation linéaire de ce potentiel jusqu'à un potentiel positif par rapport au potentiel d'électrolyse initial, puis le retour linéaire à celui-ci.1. Process for the electrolytic reduction of carbon dioxide in an aqueous saline solution at neutral pH with weak alkali saturated with CO2 and in the presence of a method of copper or silver, in which this cathode is subjected to an electrochemical activation consisting in the application of at least one cycle of a scanning of the poten¬ tial of the cathode comprising a linear increase in this potential up to a positive potential compared to the initial electrolysis potential, then the return linear to this one.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la ca¬ thode est en cuivre et elle est soumise à une succession de 2 à 5 cycles d'un balayage linéaire du potentiel de la cathode, qui consiste en une augmentation jusqu'à de 0,5 à 1,5 V dudit potentiel par rapport à un électrode de réfé¬ rence au calomel, à une vitesse de 0,5 à 20 v/sec, puis au retour au potentiel d'électrolyse initial à une vitesse similaire.2. Method according to claim 1, in which the ca¬ thode is made of copper and it is subjected to a succession of 2 to 5 cycles of a linear scanning of the potential of the cathode, which consists in an increase up to 0 , 5 to 1.5 V of said potential relative to a calomel reference electrode, at a speed of 0.5 to 20 v / sec, then on returning to the initial electrolysis potential at a similar speed.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le ba¬ layage linéaire du potentiel de la cathode est effectué jusqu'à environ 1V, et la vitesse de ce balayage de 1 à 10 V/sec, de préférence environ 5 V/sec.3. Method according to claim 2, wherein the linear ba¬ layering of the cathode potential is carried out up to about 1V, and the speed of this scanning from 1 to 10 V / sec, preferably about 5 V / sec.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la ca¬ thode est en argent et elle est soumise à une succession de 2 à 5 cycles d'un balayage linéaire du potentiel de la cathode, qui consiste en une augmentation jusqu'à environ 0,4 V dudit potentiel par rapport à une électrode de réfé¬ rence au calomel, à une vitesse de 0,1 à 1 V/sec, puis au retour au potentiel d'électrolyse initial à une vitesse similaire, et dans lequel 1'électrolyte contient un sel de cuivre soluble en concentration de 10"^ à 5-10-*-*' mole/lt.4. The method of claim 1, wherein the method is silver and it is subjected to a succession of 2 to 5 cycles of a linear scan of the potential of the cathode, which consists of an increase to about 0.4 V of said potential relative to a calomel reference electrode, at a speed of 0.1 to 1 V / sec, then to the return to electrolysis potential initial at a similar rate, and in which the electrolyte contains a soluble copper salt in concentration of 10 "^ to 5-10 - * - * 'mole / lt.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le ba¬ layage linéaire du potentiel de la cathode est effectué jusqu'à environ 0,3V, et la vitesse de ce balayage est d'environ 0,2 v/sec.5. Method according to claim 4, in which the linear ba¬ layering of the cathode potential is carried out up to approximately 0.3V, and the speed of this scanning is approximately 0.2 v / sec.
6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, dans le¬ quel la fréquence des cycles de balayage est de 3 à 15 minutes, de préférence d'environ 5 minutes.6. Method according to one of claims 2 to 5, in which the frequency of the scanning cycles is 3 to 15 minutes, preferably about 5 minutes.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans le¬ quel l'électrolyte choisi parmi les carbonates acides, les chlorures, les perchlorates et les sulfates de métaux al¬ calins, en une concentration de 0,1 à 1M.7. Method according to one of claims 1 to 6, in which the electrolyte chosen from acid carbonates, chlorides, perchlorates and sulphates of alkali metals, in a concentration of 0.1 to 1M.
8. Procédé selon les revendications 2 et 7, dans lequel l'électrolyte est choisi parmi le bicarbonate de potas¬ sium, le bicarbonate de sodium et le sulfate de potassium, en une concentration de 0,1 à 0,5 M.8. Method according to claims 2 and 7, wherein the electrolyte is chosen from potassium bicarbonate, sodium bicarbonate and potassium sulfate, in a concentration of 0.1 to 0.5 M.
9. Procédé selon les revendications 4 et 7 , dans lequel l'électrolyte est le perchlorate de sodium 0,1 à 0,5 M. 9. Method according to claims 4 and 7, wherein the electrolyte is sodium perchlorate 0.1 to 0.5 M.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2426183A1 (en) * 1973-05-30 1974-12-19 Studiecentrum Kernenergi METHOD OF INFLUENCING AN ELECTROCATALYTIC REACTION DEVELOPING ON AN ELECTRODE
US4897167A (en) * 1988-08-19 1990-01-30 Gas Research Institute Electrochemical reduction of CO2 to CH4 and C2 H4

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2426183A1 (en) * 1973-05-30 1974-12-19 Studiecentrum Kernenergi METHOD OF INFLUENCING AN ELECTROCATALYTIC REACTION DEVELOPING ON AN ELECTRODE
US4897167A (en) * 1988-08-19 1990-01-30 Gas Research Institute Electrochemical reduction of CO2 to CH4 and C2 H4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100386683B1 (en) * 2000-09-26 2003-06-02 권순형 A method and an apparatus for pumping

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