一种电催化一氧化氮合成氨的方法

文档序号:35568263发布日期:2023-09-24 06:29阅读:83来源:国知局

本发明涉及一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,特别涉及一种利用多孔膜电极电催化还原烟气中有害成分一氧化氮高选择性转化为高经济效益氨实现资源化利用的方法。属于氮氧化物烟气资源化治理。


背景技术:

1、一氧化氮是微生物氮循环中重要环节,是微生物合成氨的中间产物,而氨是重要的基础化工原料,主要用作化肥、制冷剂和化工原料,是世界上产量最大的化工产品之一,是理想的储能载体,在全球经济中占有重要地位,氨在工业上主要以哈伯法,即将氮气和氢气在高温高压和催化剂存在下直接化合制得。该方法工艺成熟,但需要高温高压的条件,投资和运行成本高。目前不断有电催化氮气还原合成氨气的尝试,该方法的优势是可以在常温常压的条件下进行,但是由于氮气的化学惰性,氮气的两个氮原子以氮-氮三键的形式存在,断键难度大,其键能非常高,当前的电催化氮气还原存在活性低、析氢反应竞争导致的选择性低等问题。而一氧化氮是氮气在高温条件下的氧化产物,无难解离的氮-氮三键,而是相对较弱的氮—氧键。因此,以一氧化氮作为还原物合成氨可以极大的减少还原的能耗,在合成氨的速率和选择性上有一定优势。

2、电催化作为一种促进化学反应的有效方法,已经应用于结构稳定的有机物的降解和分子重组反应。该技术的优点是可以在常温常压下进行,从而大大的节省了能量。作为脱硝反应的重要中间体之一,研究一氧化氮催化有助于理解其复杂的反应机理。该反应的主要产物为氨、氮气、一氧化二氮和氢气。其中氨在较低的电位下生成,氮气和一氧化二氮需要相对较高的电位。目前关于一氧化氮电化学还原的研究主要以贵金属如钯、铂、银等催化剂,且选择性都比较低。而铜、镍催化剂具有异相和均相催化剂的多项优点如高催化选择性、活性、结构明晰,并具有极高的原子利用率。因而,通过一种低成本,可持续发展的方式将大气污染物一氧化氮转化为具有经济效益的氨具有重要意义。


技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷,本发明的目的旨在提高一种价格低廉且高效的电催化方法还原一氧化氮合成氨,该方法对一氧化氮还原合成氨具有高效、高选择性,可以在常温常压的条件下进行,条件温和,能耗低,操作简单,工艺绿色环保,为工业烟气中的有害成分一氧化氮的降解和资源化利用提高了一种新途径。

2、为了实现上述目的,本发明提供了一种电催化还原一氧化氮合成氨的方法,该方法是将一氧化氮采用液体络合吸收得到含有一氧化氮的吸收液,以一氧化氮吸收液作为阴极室的电解液通过外加电源来实现电催化合成氨。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:

4、所述的一种电催化还原一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:电催化反应在h型电解池中进行,h型电解池包括阳极室和阴极室,两极室中用质子膜隔开,阳极电极和阴极电极与电源连接;以一氧化氮吸收液作为阴极电解液,以无机盐水溶液作为阳极电解液,通过电催化还原合成氨。

5、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:所述一氧化氮吸收液是经吸收液对一氧化氮气体吸收饱和而成,所述吸收液为水、亚铁盐水溶液或者亚铁络合物水溶液,一氧化氮吸收液的ph调节至酸性。

6、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:一氧化氮吸收液的ph调节至1~3,优选为2。

7、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:所述亚铁盐水溶液为硫酸亚铁水溶液,其浓度为5-20mmol/l,优选为10mmol/l。

8、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:所述亚铁络合物水溶液为乙二胺四乙酸亚铁盐水溶液。

9、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:乙二胺四乙酸亚铁盐水溶液的浓度为5-20mmol/l,优选为10mmol/l。

10、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:所述阳极电解液为na2so4溶液,其浓度为0.5-2 mol/l,优选为1mol/l。

11、所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:阴极电极采用泡沫铜、泡沫镍或碳毡。

12、与现有技术相比,本发明的有益效果是:

13、本发明的方法能够实现将一氧化氮有效的、高选择性的转化为铵根离子,可以用于化肥的生产制造工业,铵根离子后续也可以进行加碱液析出,得到纯度较高的氨气,本发明采用液体吸收耦合电催化还原的方法制氨,与传统的制氨工艺相比,可以常温常压下进行,操作简单,运行费用低。



技术特征:

1.一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:电催化反应在h型电解池中进行,h型电解池包括阳极室和阴极室,两极室中用质子膜隔开,阳极电极和阴极电极与电源连接;以一氧化氮吸收液作为阴极电解液,以无机盐水溶液作为阳极电解液,通过电催化还原合成氨。

2.根据权利要求1所述的一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:所述一氧化氮吸收液是经吸收液对一氧化氮气体吸收饱和而成,所述吸收液为水、亚铁盐水溶液或者亚铁络合物水溶液,一氧化氮吸收液的ph调节至酸性。

3.根据权利要求2所述的一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:一氧化氮吸收液的ph调节至1~3,优选为2。

4.根据权利要求2所述的一种电催化一氧化氮还原合成氨的方法,其特征在于:所述亚铁盐水溶液为硫酸亚铁水溶液,其浓度为5-20mmol/l,优选为10mmol/l。

5.根据权利要求2所述的一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:所述亚铁络合物水溶液为乙二胺四乙酸亚铁盐水溶液。

6.根据权利要求2所述的一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:乙二胺四乙酸亚铁盐水溶液的浓度为5-20mmol/l,优选为10mmol/l。

7.根据权利要求1所述的一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:所述阳极电解液为na2so4溶液,其浓度为0.5-2 mol/l,优选为1mol/l。

8.根据权利要求1所述的一种电催化一氧化氮合成氨的方法,其特征在于:阴极电极采用泡沫铜、泡沫镍或碳毡。


技术总结
本发明公开了一种电催化一氧化氮合成氨的方法,该方法是利用吸收液吸收一氧化氮后,将一氧化氮的吸收液作为阴极电解液通过电解池电催化还原生成氨;该方法能够实现将一氧化氮有效的、高选择性的转化为铵根离子,可以用于化肥的生产制造工业,铵根离子后续也可以进行加碱液析出,得到纯度较高的氨气,本发明采用液体吸收耦合电催化还原装置的方法制氨,与传统的制氨工艺相比,可以常温常压下进行,操作简单,运行费用低。

技术研发人员:黄立维,李秋艳,宋成智
受保护的技术使用者:浙江工业大学
技术研发日:
技术公布日:2024/1/15
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