一种直接电解生物质制氢的方法及系统与流程

技术特征：

1.一种直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，采用氧化还原电对作为电解生物质制氢过程中的催化剂和电子传递体。

2.根据权利要求1所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，所述氧化还原电对选择Fe³⁺/Fe²⁺、Ag⁺/Ag、Mn⁴⁺/Mn²⁺、TEMPO⁺/TEMPO、AQ⁺/AQ中的一种。

3.根据权利要求1所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，所述氧化还原电对选择无机元素氧化还原电对。

4.根据权利要求1或3所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，所述氧化还原电对选择过渡金属元素氧化还原电对。

5.根据权利要求1所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，所述电解生物质制氢过程在质子交换膜电解槽中进行，生物质电解过程中的化学反应方程式为：

在阳极反应池内：

生物质+H₂O+氧化型物质→生物质部分氧化产物+还原型物质+CO₂+H⁺ (1)

在阳极侧：

还原型物质-e^--→氧化型物质 (2)

在阴极侧：

$H^{+}+e^{-}\→\frac{1}{2}{H}_2---\left(3\right)$

净化学反应为：

生物质+H₂O→生物质氧化产物+CO₂+H₂ (4)。

6.根据权利要求5所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，在阳极反应池内，对含生物质和氧化型物质的第一混合液进行预热，预热反应后，得到第二混合液；所述第二混合液中含有氧化还原电对，其中，氧化型物质和还原型物质的摩尔比为1:10-10:1。

7.根据权利要求5或6所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，在阳极反应池内，对含生物质和氧化型物质的第一混合液进行预热，当氧化型物质为无机元素时，预热温度为25-250℃；当氧化型物质为有机元素时，预热温度为25-150℃。

8.根据权利要求1-6任一所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，所述电解过程中，阳极电解液和阴极电解液的温度均控制在50-100℃。

9.根据权利要求1-6任一所述的直接电解生物质制氢的方法，其特征在于，所述第一混合液中，氧化型物质的浓度为0.1-5mol/L；当生物质为可溶性生物质时，生物质浓度为0.1-4mol/L；当生物质为不溶性或不易溶生物质时，生物质浓度为1-30g/L。

10.一种直接电解生物质制氢的系统，其特征在于，包括电解槽和电极，电解槽由质子交换膜分为阳极电解池和阴极电解池；含生物质和氧化型物质的第一混合液经预热反应后，得到含有氧化还原电对的第二混合液，作为阳极电解液。

11.根据权利要求10所述的直接电解生物质制氢的系统，其特征在于，所述氧化型物质为Fe³⁺、Ag⁺、Mn⁴⁺、TEMPO⁺、AQ⁺中的一种，得到的氧化还原电对分别为Fe³⁺/Fe²⁺，Ag⁺/Ag，Mn⁴⁺/Mn²⁺，TEMPO⁺/TEMPO，AQ⁺/AQ。

12.根据权利要求10或11所述的直接电解生物质制氢的系统，其特征在于，阳极板可具有一个或多个流道，阴极板可包含多层气体扩散通道。

13.根据权利要求10或11所述的直接电解生物质制氢的系统，其特征在于，质子交换膜的阴极侧负载贵金属催化剂、非贵金属催化剂和非金属催化剂中的一种或多种。

14.一种氧化还原电对的应用，其特征在于，以所述氧化还原电对作为催化剂和电子传递体，用于直接电解生物质制氢。