r>[0067]100H>4C0广+26e-= C 4H10+2202_
[0068]10H++4C032>26e-= C4H10+1202-
[0069]120r+5C032>32e-= C 5H12+2702_
[0070]12H++5C0广+32e-= C 5H12+1502_
[0071]生成烯烃通式为(η < 3):
[0072]2n0H>nC032 +6ne_ = C nH2n+5n02_
[0073]2nH++nC032>6ne_ = C nH2n+3n02_
[0074]如:40H>2C032>12e-=C 2H4+1002_
[0075]4H++2C032>12e-= C2H4+602-
[0076]60r+3C032>18e-= C 3H6+1502_
[0077]6H++3C0广+18e-= C 3H6+902_
[0078]5、本发明协同利用太阳能的光热/光电耦合效应，以及次级的电化学效应，构建高效集成耦合型co2/H2o转化制烃系统，阴极一步生成主要产物烷烃与烯烃，以及副产物H2, CO和少量单质碳，阳极得到02。此系统能量全部来自太阳能，协调地同时利用了太阳能光热、光电两部分，构成了完美的绿色太阳能转化和储存系统，具有清洁、安全和可持续的特点，为节能减排和太阳能资源的综合利用提供了新的途径。
【附图说明】
[0079]图1本发明系统原理图
[0080]图2本发明系统示意图
[0081]图中:1阳极；2电解池；3电解质；4阴极；5导气管；6阳极产物02;7反应原料CO 2/H2O ;8阴极产物烃、C0/H2;9变阻器；10太阳能电池板；11导线；12聚光器
【具体实施方式】
[0082]下面将结合附图对本发明作进一步说明。
[0083]本发明基于高温电解C02/H20制烃系统，如图2所示，该系统包括电解单元和光热单元，电解单元由光电单元、阴极、阳极、电解池和电解质组成，电解单元的阴极和阳极置于同一个电解池中，光电单元将太阳能转化为电能，提供所需的电解电压或电流；光热单元对电解池中的电解质进行加热，通过导气管向电解池中通入0)2和H 20，并通过各自的导气管导出阴极产物烃、⑶和仏以及阳极产物02。所述的光热单元将太阳能转化为热能，对固态电解质进行加热使其达到熔融状态，并加热电解池至电解温度，通过调节光斑大小或聚光比来调控加热温度；所述电解质为熔融碳酸盐和熔融氢氧化物的混合物，或者熔融碳酸盐和熔融氧化物的混合物，或者熔融碳酸盐、熔融氢氧化物和熔融氧化物的混合物，电解中，当电流小于IA时产率过低反应较慢，当电流大于2A时，反应剧烈电极腐蚀严重，产量低，因此电流优选1A-2A。电解池温度为450°C -650°C,电解质吸收空气中的C02/H20得以再生。通过调节电解电流和电解质组成实现产物浓度的调节。
[0084]实施例1
[0085]分别将17.2g Li2CO3'17.2g Na2CO3'17.2g K2CO3和 49.86g L1H 于研钵中研磨粉碎混合均匀，将其转移入刚玉坩祸内；分别将表面积为30cm2的铂片和铁丝作为阳极和阴极，反应不受电极面积大小限制，且面积越大对反应有利；使温度恒定为500°C，电流恒定为1A。反应2小时后，产生的气体中烃类含量(体积百分比)为:46.87%甲烷、0.986%乙烯、5.736% 乙烷、0.183%丙烯、0.391%丙烷、0.467%正丁烷。
[0086]实施例2
[0087]分别将20gLi2C03、20g Na2CO3^20g K2C0jP67.63g KOH于研钵中研磨粉碎混合均匀，将其转移入刚玉坩祸内；分别将表面积为20cm2的镍片和铁丝作为阳极和阴极；使温度恒定为550°C，电流恒定为1A。反应2小时后，产生的气体中烃类含量(体积百分比)为:27.574% 甲烷、3.314% 乙烯、2.574% 乙烷、0.887%丙烷、0.157%正丁烷。
[0088]实施例3
[0089]分别将15g Li2C03、15g Na2CO3^ 15g K2COjP 76.09gNa0H 于研钵中研磨粉碎混合均匀，将其转移入高纯镍反应器内；分别将表面积为20cm2的镍铬合金丝和铁丝作为阳极和阴极；使温度恒定为600°C，电流恒定为2A。反应I小时后，产生的气体中烃类含量(体积百分比)为:18.27% 甲烷、2.419% 乙烯、2.195% 乙烷、0.184%丙烯、1.248%丙烷、0.185%异丁烷、0.084%正丁烷和0.174%戊烷。
[0090]实施例4
[0091]分别将8.6g Li2C03、8.6g Na2CO3>8.6g CaCO3,55.96g Rb2O 和 21.77g ZnO 于研钵中研磨粉碎混合均匀，将其转移入刚玉坩祸内；分别将表面积为15cm2的镍铬合金丝和镍铬合金丝作为阳极和阴极；使温度恒定为450°C，电流恒定为2A。反应I小时后，产生的气体中烃类含量(体积百分比)为:21.85%甲烷、2.269%乙烷、0.381 %丙烷、0.213%异丁烷、0.452%正丁烷。
[0092]实施例5
[0093]分别将17.2g Li2CO3'17.2g Na2CO3>9.63g Ca0、54.40g L1H 和 3g K2S13于研钵中研磨粉碎混合均匀，将其转移入刚玉坩祸内；分别将表面积为1cm2的镍铬合金丝和镍铬合金丝作为阳极和阴极；使温度恒定为650°C，电流恒定为1.5A。反应2小时后，产生的气体中烃类含量(体积百分比)为:18.67%甲烷、1.984%乙烷、0.346%丙烯、0.582%丙烷、0.586%正丁烷和0.092%戊烷。
[0094]显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明公开的内容、应用或使用。在本发明实施例的教导下，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
【主权项】
1.一种太阳能驱动高温电解co2/h2o制烃系统，该系统包括电解单元和光热单元，电解单元由光电单元、阴极、阳极、电解池和电解质组成，其特征在于:所述电解单元的光电单元将太阳能转化为电能，提供所需的电解电压或电流；所述的光热单元将太阳能转化为热能，对固态电解质进行加热使其达到熔融状态，并加热电解池至电解温度；所述电解质为熔融碳酸盐和熔融氢氧化物的混合物，或者熔融碳酸盐和熔融氧化物的混合物，或者熔融碳酸盐、熔融氢氧化物和熔融氧化物的混合物，电解中，电解电流在(0A-3A)区间内，电解池温度为450°C以上，电解质吸收空气中的C02/H20得以再生；当电解质为熔融碳酸盐和熔融氢氧化物的混合物时，摩尔比为碳酸盐:氢氧化物=1:1?5 ;当电解质为熔融碳酸盐和熔融氧化物的混合物时，摩尔比为碳酸盐:氧化物=1:1?5 ;当电解质为熔融碳酸盐、熔融氢氧化物和熔融氧化物的混合物时，摩尔比为碳酸盐:(氢氧化物+氧化物)=1:1?5。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解C02/H20制烃系统，其特征在于，所述电解池温度优选为450 °C?650 °C。
3.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解CO2/H20制烃系统，其特征在于，高温电解co2/h2o制烃的电极反应为: 阳极:202_-4e-= O2 阴极:生成烷烃通式为(η < 5):(2n+2) OF+nCO广+ (6n+2) e-= C nH2n+2+ (5n+2) O2-(2n+2) H++nC0广+ (6n+2) e-= C nH2n+2+3n02_ 生成烯烃通式为(η < 3):2n0H_+nC032 +6ne-= C nH2n+5n02_2nH++nC0广+6ne-= CnH2n+3n02-。
4.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解CO2/H20制烃系统，其特征在于，碳酸盐为 Li2CO3' Na2CO3' K2CO3' Rb2CO3' MgCO3' CaCO3' SrCO3' BaCO3' ZnCO3' Li2S13' Na2S13'K2Si03、Rb2Si03*的一种或两种以上的混合物；氢氧化物为Li0H、Na0H、K0H、Rb0H、Mg(0H) 2、Ca (OH) 2、Sr (OH) 2、Ba (OH) 2、Zn (OH) 2中的一种或两种以上的混合物；氧化物为Li 20、Na2O,K2O, Rb20、Mg0、CaO、SrO, BaO, ZnO, S12, A1203、Fe2O3中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解C02/H20制烃系统，其特征在于，所述光电单元采用娃太阳能电池板、多带隙太阳能电池、功能高分子材料制备的太阳能电池、纳米晶太阳能电池、染敏太阳能电池以及聚光型太阳能电池中的一种，或上述太阳能电池类型中的两种以上的串联或并联组合。
6.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解C02/H20制烃系统，其特征在于，所述光热单元采用菲涅尔透镜、反射式聚光器、折射式聚光器、小型槽式线聚焦系统、碟式系统或塔式系统中的一种或两种以上的组合，通过调节光斑大小或聚光比来调控加热温度。
7.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解C02/H20制烃系统，其特征在于，所述电解单元的阴极材料为镍、铂、钛、钌、铱、钯、铁、钨、铬、铜、金、石墨或不锈钢，或上述材料中的几种形成的合金；所述电解单元的阳极材料为镍、铂、钛、钌、铱、钯、铁、钨、铬、铜、金、石墨或不锈钢，或上述材料中的几种形成的合金。
8.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解C02/H20制烃系统，其特征在于，所述电解池采用高纯刚玉体坩祸或高温耐腐蚀型反应器。
9.根据权利要求1所述的太阳能驱动高温电解CO2/H20制烃系统，其特征在于，所述烃为 CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8、C4Hltl、C5H12中的三种以上。
10.基于权利要求1-9之一所述的太阳能驱动高温电解CO2/H20制烃系统的高温电解co2/h2o制烃的方法，其特征在于:该方法包括如下步骤: (1)构建由光电单元、阴极、阳极、电解池和电解质组成的电解单元； (2)通过光热单元加热电解中固态电解质以形成熔融态电解质； (3)控制电解池温度恒定在450°C-650°C ； (4)通过导气管向电解池中通入C0#PH20，控制直流电源电流恒定在1A-2A，反应lh-2h，阴极一步生成主要产物烷烃与烯烃，以及副产物H2、CO和少量单质碳，阳极得到02，其电极反应为:阳极:202_-4e-= O2 阴极:生成烷烃通式为(η < 5): (2n+2) OF+nCO广+ (6n+2) e-= C nH2n+2+ (5n+2) O2- (2n+2) H++nC0广+ (6n+2) e-= C nH2n+2+3n02_ 生成烯烃通式为(η < 3): 2n0H_+nC032 +6ne-= C nH2n+5n02_2nH++nC0广+6ne-= C nH2n+3n02_
【专利摘要】本发明涉及一种太阳能驱动高温电解CO2/H2O制烃系统，该系统包括电解单元和光热单元，电解单元由光电单元、阴极、阳极、电解池和电解质组成，光电单元将太阳能转化为电能，提供所需的电解电压或电流；光热单元将太阳能转化为热能，对固态电解质进行加热使其达到熔融状态，并加热电解池至电解温度；电解质为混合型熔融电解质。该系统利用太阳能光-热-电化学耦合过程的热/电协同耦合作用，构成了完美的绿色太阳能转化和储存系统，具有清洁、安全和可持续的特点，为节能减排和太阳能资源的综合利用提供了新的途径，同时实现了低电解电压和相对低温条件下，CO2/H2O的共电解转化制烃，节能、高效地实现CO2资源化利用。
【IPC分类】C25B9-04, C25B3-10, C25B3-04
【公开号】CN104562075
【申请号】CN201510019165
【发明人】吴红军, 李志达, 王宝辉, 苑丹丹, 毛前军, 李莉
【申请人】东北石油大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月15日