一种电解海水的碳捕集系统及方法

1.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：

2.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。


技术实现要素：

3.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。
4.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；
5.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；
6.与阳极室1、阴极室3分别通过管道连通的过滤器4。
7.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。
8.优选地，所述阳极1-1为钛基电极。
9.优选地，所述阴极3-1的材质为镍基材料。
10.优选地，所述过滤器4为桶式过滤机。
11.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：
12.将海水通入阴极室3内，进行电解；
13.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；
14.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。
15.优选地，所述电解的电流密度为60～63a/m2。
16.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
17.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
18.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；
19.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；
20.与阳极室1、阴极室3分别通过管道连通的过滤器4。
21.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。
22.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。
23.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。
24.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。
25.在本发明中，所述阴极室3用于填充海水。
26.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。
27.在本发明中，所述过滤器4优选为桶式过滤机。
28.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：
29.将海水通入阴极室3内，进行电解；
30.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；
31.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。
32.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ca
2+
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hco
32-的浓度优选为130～135g/ml，更优选为131～131.15g/ml。
33.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。
34.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。
35.在本发明中，主要涉及到的反应如下：
36.阳极析氯反应：2cl-‑
2e-→
cl2(g)；
37.阴极析氢反应：2h2o+2e-→
h2(g)+2oh-；
38.阴极室沉淀反应：
39.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。
40.实施例1
41.将海水(ca
2+
的浓度为400g/ml，hco
32-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。
42.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。


技术特征：
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。

技术总结
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。碳的安全与长久的封存。碳的安全与长久的封存。


技术研发人员：邓帅 韩玲 许伟聪 赵力
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/11