专利名称：碳基复合电极的制备方法、用于烟道气脱碳除硫的电解池及对烟道气脱碳除硫的方法
技术领域：
本发明涉及烟道气浄化技术领域，特别涉及ー种碳基复合电极的制备方法、用于烟道气脱碳除硫的电解池及对烟道气脱碳除硫的方法。
背景技术：
烟道气是指煤等化石燃料燃烧时所产生的不利于环境保护的气态物质，其成分包括ニ氧化碳、ニ氧化硫和氮氧化物等。因此，烟道气需要进行净化处理才能达标排放，以减少对环境的污染。为达到对烟道气脱硫的目的，往往需要外加碱性物质对ニ氧化硫进行吸收。基于这ー原理，现有技术对烟道气脱硫的方法包括以CaCO3 (石灰石)为基础的钙法、以MgO为基础的镁法、以Na2CO3为基础的钠法、以NH3为基础的氨法、以有机碱为基础的有机碱法等，如授权公告号为CN100411715C的中国专利文献公开了ー种烟道气湿法脱硫エ艺，该エ艺按以下步骤操作(I)将水化吸收剂从脱硫塔上部喷淋到烟道气中；(2)烟道气在脱硫塔内与水化吸收剂逆向接触，并在多层丝网区内与水化吸收剂形成更密切接触，使得烟道气中SO2转移到液相中并存入脱硫塔底部的水化吸收剂循环槽；(3)将空气分散送入上述循环槽上层的水化吸收剂中，使得被吸收的SO2氧化，形成颗粒石膏；以及(4)引出部分混合良好的循环槽下次的水化吸收剂与所述石膏的混合液，分离出其中的较大颗粒石膏。以上所述水化吸收剂可为CaOXaSO4或MgO等制成的悬浮液。另ー方面，现有技术从烟道气中分离CO2也需要外加碱性物质进行吸收，生成碳酸盐或碳酸氢盐，使CO2得以捕集；再外加酸性物质与生成的碳酸盐或碳酸氢盐中和，释放出CO2，使其得以回收。上述对烟道气脱碳除硫的方法均需要外加碱性和酸性等化学物质，产生大量物质消耗，不利于环保。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供ー种碳基复合电极的制备方法、用于烟道气脱碳除硫的电解池及对烟道气脱碳除硫的方法，本发明提供的方法在脱碳除硫时无需消耗化学物质，绿色清洁。本发明提供ー种碳基复合电极的制备方法，包括以下步骤将碳基材料浸润聚四氟こ烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层；将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料；将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。本发明提供一种用于烟道气脱碳除硫的电解池，包括直流电源；阴极电极通过导线与所述直流电源负极相连的阴极池，所述阴极电极为碳基复合电极；、
阳极电极通过导线与所述直流电源正极相连、通过离子交換膜与所述阴极池隔开的阳极池，所述阳极电极为石墨电极；置于所述阴极池和所述阳极池内的电解液；所述碳基复合电极的制备方法包括以下步骤将碳基材料浸润聚四氟こ烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层；将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料；将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。优选的，在所述碳基复合电极的制备方法中，所述焙烧的温度为300°C飞00°C，所述焙烧的时间为5小时 10小吋。优选的，在所述碳基复合电极的制备方法中，将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合时，所述活性炭、所述聚四氟こ烯乳液和所述贵金属基催化剂的质量比为(4 5):(2 3) :1。优选的，所述贵金属基催化剂为钼基催化剂、钌基催化剂或钯基催化剂，所述电解液为硫酸盐溶液。本发明提供一种基于上文所述的电解池对烟道气脱碳除硫的方法，包括以下步骤开启直流电源，将烟道气通入阴极池进行反应，得到第一反应产物；将所述第一反应产物经由离子交換膜进入阳极池进行反应，去除所述烟道气中的ニ氧化碳和ニ氧化硫。优选的，所述直流电源的电流密度为5mA/cm2 50mA/cm2。优选的，所述碳基复合电极的电位为O. 2疒I. 2V，以饱和甘汞电极为參比电极。优选的，所述阴极电极的面积为3cnT5Cm2，所述烟道气的流速为200mL/min 400mL/mino优选的，所述烟道气为除尘、脱硝后的烟道气。与现有技术相比，本发明提供的方法采用上文所述的电解池对烟道气进行脱碳除硫，该方法首先开启直流电源，将烟道气通入阴极池进行反应，得到第一反应产物，然后将所述第一反应产物经由离子交換膜进入阳极池进行反应，去除所述烟道气中的ニ氧化碳和ニ氧化硫。在本发明中，将烟道气通入阴极池，与阴极池内由电化学反应产生的碱性物质进行反应，然后将得到的第一反应产物与阳极池内的酸性物质进行反应，从而去除烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳。本发明以电化学方法产生的碱性物质和酸性物质对烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳进行分离捕集，使烟道气浄化。本发明在脱碳除硫时消耗电能，无需消耗化学物质，具有緑色清洁、无二次污染的特点，具有广阔的应用前景。
图I为本发明实施例提供的用于烟道气脱碳除硫的电解池的工作原理示意图。
具体实施例方式为了进一歩理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进ー步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的、限制。本发明提供了ー种碳基复合电极的制备方法，包括以下步骤将碳基材料浸润聚四氟こ烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层；将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料；将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。本发明以碳基材料为电极基底，并添加含贵金属基催化剂的催化材料，制备得到碳基复合电极。将其组装成电解池时，能实现氧的高效还原，获得酸性、碱性物质，可用于烟道气脱碳除硫。本发明首先对碳基材料进行疏水处理，具体为采用聚四氟こ烯乳液将碳基材料 浸润，然后进行焙烧，得到碳基防水材料层。本发明对所述碳基材料没有特殊限制，可采用本领域常用的碳布。本发明对所述聚四氟こ烯乳液没有特殊限制，采用本领域常用的聚四氟こ烯乳液即可，如固含量为309Γ40%的聚四氟こ烯乳液，形成所述聚四氟こ烯乳液的表面活性剂为本领域常用的分散剂；所述聚四氟こ烯乳液的用量为能将所述碳基材料浸润的用量即可。在本发明中，所述焙烧的温度优选为300°C飞00°C，更优选为350°C ^450°C ;所述焙烧的时间优选为5小时 10小时，更优选为7小时、小吋。本发明将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料。混合时，所述活性炭、所述聚四氟こ烯乳液和所述贵金属基催化剂的质量比优选为(4飞)(2 3 ) : I，更优选为4:2:1或5:3:1。本发明对所述活性炭没有特殊限制，采用本领域常用的活性炭即可。所述聚四氟こ烯乳液优选与上述疏水处理所用的聚四氟こ烯乳液相同。所述贵金属基催化剂具有高效的催化作用，本发明对其没有特殊限制，采用本领域常用的贵金属基催化剂即可，优选为钼基催化剂、钌基催化剂或钯基催化剂。本发明对所述混合的温度和时间等没有特殊限制。得到碳基防水材料层和催化材料后，本发明将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层，在其表面形成催化材料层后进行热压，成型后得到碳基复合电极。在本发明中，所述热压的温度优选为80°C 110°C，更优选为90°C ^100°C ;所述热压的压力优选为O. 2MPa^0. 5MPa，更优选为O. 3MPa^0. 4MPa。热压前，所述催化材料层与所述碳基防水材料层的厚度比优选为1:5 10，更优选为1:8、。本发明对所述碳基复合电极的面积没有特殊限制，可根据实际需要而确定，如所述碳基复合电极的面积为3cnT5Cm2。本发明提供了一种用于烟道气脱碳除硫的电解池，包括直流电源；阴极电极通过导线与所述直流电源负极相连的阴极池，所述阴极电极为碳基复合电极；阳极电极通过导线与所述直流电源正极相连、通过离子交換膜与所述阴极池隔开的阳极池，所述阳极电极为石墨电极；置于所述阴极池和所述阳极池内的电解液；所述碳基复合电极的制备方法包括以下步骤将碳基材料浸润聚四氟こ烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层；将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料；
将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。本发明以上文所述的制备方法制备的碳基复合电极为阴极池的阴极电极，以石墨电极为阳极池的阳极电极，所述阴极池与所述阳极池通过离子交換膜隔开，连接直流电源、加入电解液后，组装形成电解池，其可用于烟道气脱碳除硫，利于环保。在所述电解池中，本发明对所述直流电源、所述石墨电极、所述离子交換膜、所述电解液和所述导线均没有特殊限制，采用本领域常用的即可。所述电解液优选为硫酸盐溶液，如浓度为lmol/Llmol/L硫酸钠溶液。在所述电解池中，所述阴极电极为上文所述的制备方法制备的碳基复合电极，能实现氧的高效还原，获得酸性、碱性物质，以除去烟道气中的碳、硫。所述碳基复合电极的制备方法与上文所述的制备方法相同，在此不再赘述。參见图1，图I为本发明实施例提供的用于烟道气脱碳除硫的电解池的工作原理示意图。开启直流电源，氧气或空气通入阴极池，在阴极电极上发生还原反应，生成氢氧根离子，即获得碱性物质；而在阳极池内，阳极水被氧化为氧气并获得氢离子，即生成酸性物质。在通电条件下，电解池产生的碱性物质和酸性物质可用于供给烟道气脱碳除硫エ艺所用的酸碱。基于上文所述的电解池，本发明还提供了一种对烟道气脱碳除硫的方法，包括以下步骤开启直流电源，将烟道气通入阴极池进行反应，得到第一反应产物；将所述第一反应产物经由离子交換膜进入阳极池进行反应，去除所述烟道气中的ニ氧化碳和ニ氧化硫。本发明采用上文所述的电解池对烟道气进行脱碳除硫，所述电解池的内容与上文的内容相同，在此不再赘述。本发明以电化学方法产生的碱性物质和酸性物质对烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳进行分离捕集，使烟道气浄化，仅消耗电能，无需消耗化学物质，具有緑色清洁、无二次污染的特点。本发明首先开启直流电源，将烟道气通入阴极池进行反应，得到第一反应产物。在本发明中，所述直流电源的电流密度优选为5mA/CnT50mA/Cm2，可使电解池的pH达到2 11 ;由于烟道气中二氧化硫的含量较低，当主要去除ニ氧化硫时，所述电流密度可以为5mA/CnT20mA/Cm2 ;由于烟道气中二氧化碳的含量较高，当主要去除ニ氧化碳时，所述电流密度可以为20mA/CnT50mA/Cm2。以饱和甘汞电极为參比电极，所述碳基复合电极的电位优选为O. 2疒I. 2V (vsSCE),更优选为O. 5V I. OV (vs SCE),可生成足量的碱性物质和酸性物质，利于脱碳除硫。本发明对所述烟道气的流速没有特殊限制，所述阴极电极的面积优选为3cm2 5cm2,所述烟道气的流速优选为200mL/mirT400mL/min,更优选为250mL/mirT350mL/min。所述烟道气优选为除尘、脱硝后的烟道气，杂质较少，对脱碳除硫的影响较小。所述第一反应产物为硫酸盐和/或碳酸盐。得到第一反应产物后，本发明将其通过离子交換膜进入阳极池进行反应，生成硫酸氢盐和/或ニ氧化碳、气体，使ニ氧化硫和ニ氧化碳分离捕集，从而去除所述烟道气中的ニ氧化碳和ニ氧化硫，净化烟道气。在本发明中，将烟道气通入阴极池，与阴极池内由电化学反应产生的碱性物质进行反应，然后将得到的第一反应产物与阳极池内的酸性物质进行反应，从而去除烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳。本发明以电化学方法产生的碱性物质和酸性物质对烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳进行分离捕集，使烟道气浄化。本发明在脱碳除硫时消耗电能，无需消耗化学物质，具有緑色清洁、无二次污染的特点，具有广阔的应用前景。由本领域常用的红外检测可知，本发明对烟道气中二氧化碳的去除效率在99%以上，ニ氧化硫的去除效率在98%以上。为了进一歩理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的碳基复合电极的制备方法、用于烟道气脱碳除硫的电解池和对烟道气脱碳除硫的方法进行具体地描述。实施例I将碳布浸润聚四氟こ烯乳液后于300°C进行焙烧，10小时后得到碳布防水层；按照质量比为5:3:1，将活性炭、聚四氟こ烯乳液和钼基催化剂混合，得到催化材料；将所述 催化材料涂覆于所述碳布层，然后在温度为80°C、压カ为O. 5MPa的条件下进行热压，得到碳基复合电极。将所述碳基复合电极组装成用于烟道气脱碳除硫的电解池，该电解池包括直流电源；所述碳基复合电极通过导线与所述直流电源负极相连的阴极池；石墨电极通过导线与所述直流电源正极相连、通过离子交換膜与所述阴极池隔开的阳极池；浓度为lmol/L的硫酸钠溶液。开启直流电源，控制电流密度为15mA/cm2，控制所述碳基复合电流的电位为O. 5V(vs SCE)，将除尘、脱硝后的烟道气以300mL/min的流速通入阴极池进行反应，生成硫酸盐、碳酸盐；将硫酸盐、碳酸盐经由离子交換膜进入阳极池进行反应，得到硫酸氢盐和ニ氧化碳气体，去除所述烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳。ニ氧化碳的去除效率在99%以上，ニ氧化硫的去除效率在98%以上。实施例2将碳布浸润聚四氟こ烯乳液后于500°C进行焙烧，5小时后得到碳布防水层；按照质量比为4:2:1，将活性炭、聚四氟こ烯乳液和钼基催化剂混合，得到催化材料；将所述催化材料涂覆于所述碳布层，然后在温度为110°C、压カ为O. 2MPa的条件下进行热压，得到碳
基复合电极。将所述碳基复合电极组装成用于烟道气脱碳除硫的电解池，该电解池包括直流电源；所述碳基复合电极通过导线与所述直流电源负极相连的阴极池；石墨电极通过导线与所述直流电源正极相连、通过离子交換膜与所述阴极池隔开的阳极池；浓度为lmol/L的硫酸钠溶液。开启直流电源，控制电流密度为50mA/cm2，控制所述碳基复合电流的电位为I. 2V(vs SCE)，将除尘、脱硝后的烟道气以300mL/min的流速通入阴极池进行反应，生成硫酸盐、碳酸盐；将硫酸盐、碳酸盐经由离子交換膜进入阳极池进行反应，得到硫酸氢盐和ニ氧化碳气体，去除所述烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳。ニ氧化碳的去除效率在99%以上，ニ氧化硫的去除效率在98%以上。由以上实施例可知，本发明以电化学方法产生的碱性物质和酸性物质对烟道气中的ニ氧化硫和ニ氧化碳进行分离捕集，使烟道气净化,无物耗、绿色清洁。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
权利要求
1.ー种碳基复合电极的制备方法，包括以下步骤 将碳基材料浸润聚四氟こ烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层； 将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料； 将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。
2.一种用于烟道气脱碳除硫的电解池，包括 直流电源； 阴极电极通过导线与所述直流电源负极相连的阴极池，所述阴极电极为碳基复合电极； 阳极电极通过导线与所述直流电源正极相连、通过离子交換膜与所述阴极池隔开的阳极池，所述阳极电极为石墨电极； 置于所述阴极池和所述阳极池内的电解液； 所述碳基复合电极的制备方法包括以下步骤 将碳基材料浸润聚四氟こ烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层； 将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料； 将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。
3.根据权利要求2所述的电解池，其特征在于，在所述碳基复合电极的制备方法中，所述焙烧的温度为300°C飞00°C，所述焙烧的时间为5小时 10小时。
4.根据权利要求2所述的电解池，其特征在于，在所述碳基复合电极的制备方法中，将活性炭、聚四氟こ烯乳液和贵金属基催化剂混合时，所述活性炭、所述聚四氟こ烯乳液和所述贵金属基催化剂的质量比为(4飞)(2 3) :1。
5.根据权利要求2所述的电解池，其特征在于，所述贵金属基催化剂为钼基催化剂、钌基催化剂或钯基催化剂，所述电解液为硫酸盐溶液。
6.ー种基于权利要求2飞任一项所述的电解池对烟道气脱碳除硫的方法，包括以下步骤 开启直流电源，将烟道气通入阴极池进行反应，得到第一反应产物； 将所述第一反应产物经由离子交換膜进入阳极池进行反应，去除所述烟道气中的ニ氧化碳和ニ氧化硫。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述直流电源的电流密度为5mA/cnf 50mA/cm2 ο
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述碳基复合电极的电位为O.2V~1. 2V,以饱和甘汞电极为參比电极。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述阴极电极的面积为3cnT5Cm2，所述烟道气的流速为 200mL/mirT400mL/min。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述烟道气为除尘、脱硝后的烟道气。
全文摘要
本发明提供了一种碳基复合电极的制备方法将碳基材料浸润聚四氟乙烯乳液后进行焙烧，得到碳基防水材料层；将活性炭、聚四氟乙烯乳液和贵金属基催化剂混合，得到催化材料；将所述催化材料涂覆于所述碳基防水材料层后进行热压，得到碳基复合电极。本发明提供了一种用于烟道气脱碳除硫的电解池，包括直流电源、阴极电极、阳极电极和电解液等。其中，所述阳极电极为石墨电极，所述阴极电极为上述方法制备的碳基复合电极。本发明还提供了一种基于上述电解池对烟道气脱碳除硫的方法通电后将烟道气通入阴极池进行反应，然后将得到的第一反应产物送入阳极池，反应后去除二氧化碳和二氧化硫。本发明在脱碳除硫时无需消耗化学物质，绿色清洁。
文档编号B01D53/62GK102743960SQ20121026049
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月25日 优先权日2012年7月25日
发明者刘元, 刘鸿, 孙一文, 王川, 黄秋云 申请人:重庆绿色智能技术研究院