本技術(shù)涉及二氧化碳轉(zhuǎn)化，尤其指一種二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著全球氣候變化和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，溫室氣體的減排已成為國(guó)際社會(huì)共同關(guān)注的焦點(diǎn)。二氧化碳（co2）作為主要的溫室氣體之一，其排放量與全球變暖密切相關(guān)。目前，減少co2排放、節(jié)約資源以及開(kāi)發(fā)新能源發(fā)電技術(shù)已成為科研和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。

2、傳統(tǒng)上，研究主要集中在尋找替代化石燃料的清潔能源，以減少co2的產(chǎn)生。然而，隨著技術(shù)的發(fā)展，研究思路已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)變，從簡(jiǎn)單的替代轉(zhuǎn)向如何有效回收和利用co2。特別是將co2轉(zhuǎn)化為具有高附加值的化學(xué)品和燃料，不僅能夠減少溫室氣體的排放，還能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。

3、co2的轉(zhuǎn)化技術(shù)包括化學(xué)催化、生物轉(zhuǎn)化、電化學(xué)還原等多種方法。其中，電化學(xué)還原法因其操作簡(jiǎn)便、條件溫和、產(chǎn)物選擇性高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種有前景的co2利用技術(shù)。通過(guò)這種方法，可以將co2轉(zhuǎn)化為甲烷（ch4）、一氧化碳（co）、甲酸（hcooh）、甲醇（ch3oh）、乙醇（c2h5oh）等有用的化學(xué)品和燃料，這被稱為co2的能源轉(zhuǎn)化后處理。

4、然而，現(xiàn)有的co2轉(zhuǎn)化技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如轉(zhuǎn)化效率低、成本高、設(shè)備復(fù)雜等。特別是在工業(yè)應(yīng)用中，如何將co2高效、低成本地轉(zhuǎn)化為有用的化學(xué)品，仍然是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。尤其是在煤炭燃燒過(guò)程中，如電廠和工廠，這些地方是co2排放的主要來(lái)源。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠直接處理這些排放源中co2的裝置，對(duì)于實(shí)現(xiàn)co2的有效利用和減少環(huán)境污染具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的是提供一種能夠?qū)ε欧旁粗械亩趸歼M(jìn)行轉(zhuǎn)化的裝置，以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的資源化利用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，包括被隔離的陽(yáng)極室和陰極室，所述陽(yáng)極室和陰極室中分別設(shè)置有陽(yáng)極電極和陰極電極，在相同厚度下，所述陰極電極的表面積大于陽(yáng)極電極的表面積，所述陰極室被陰極電極分隔成儲(chǔ)液腔和儲(chǔ)氣腔，所述儲(chǔ)液腔設(shè)置有用于輸送陰極電解液的陰極進(jìn)液口和陰極出液口，所述儲(chǔ)氣腔設(shè)置有用于輸送二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)氣口和用于排出反應(yīng)后的氣體的出氣口，所述陰極電極上設(shè)置有多個(gè)貫穿兩側(cè)的通孔，以使得陰極電解液和二氧化碳?xì)怏w能夠在陰極電極兩側(cè)交替流動(dòng)。

3、進(jìn)一步地，所述陰極電極的儲(chǔ)氣腔一側(cè)緊貼有流道塊，所述流道塊上靠近陰極電極的一側(cè)設(shè)置有彎曲狀的凹槽且該凹槽通過(guò)輸送通道與進(jìn)氣口及出氣口相連。

4、進(jìn)一步地，所述凹槽覆蓋陰極電極的區(qū)域與儲(chǔ)液腔在陰極電極上的投影區(qū)域?qū)?yīng)。

5、進(jìn)一步地，所述陰極電極為銅基納米陣列材料制成的多孔電極。

6、進(jìn)一步地，所述陰極進(jìn)液口和陰極出液口共同連接一陰極儲(chǔ)液罐。

7、進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極室設(shè)置有用于輸送陽(yáng)極電解液的陽(yáng)極進(jìn)液口和陽(yáng)極出液口，所述陽(yáng)極室和陰極室之間通過(guò)隔膜隔開(kāi)，所述隔膜為質(zhì)子交換膜。

8、其中，將陽(yáng)極室和陰極室隔開(kāi)的目的是為了減少陰極陽(yáng)極的產(chǎn)物相遇后發(fā)生其他的副反應(yīng)以及降低產(chǎn)物雜質(zhì)。選用質(zhì)子交換膜隔開(kāi)的目的是提高電導(dǎo)率。另外，質(zhì)子交換膜可使用燃料電池交換膜，例如n115質(zhì)子交換膜或n117全氟磺酸離子膜。

9、其中，陽(yáng)極電解液和陰極電解液可以都選用碳酸氫鉀溶液。

10、進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極進(jìn)液口和陽(yáng)極出液口共同連接一陽(yáng)極儲(chǔ)液罐。

11、進(jìn)一步地，上述裝置還包括通過(guò)可拆卸的方式依次連接的陽(yáng)極板、中間板和陰極板且三個(gè)板中均設(shè)有空腔，所述隔膜安裝在中間板的空腔中并將其隔成左右兩部分，所述陽(yáng)極板的空腔和中間板的空腔左邊部分相連以形成所述陽(yáng)極室，所述陰極板的空腔和中間板的空腔右邊部分相連以形成所述陰極室。

12、進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極板的左側(cè)設(shè)置有環(huán)繞其空腔的環(huán)形凸柱且在環(huán)形凸柱上螺紋連接有螺旋按壓塊，所述陽(yáng)極電極的左側(cè)設(shè)置有導(dǎo)電金屬塊和石墨塊，所述導(dǎo)電金屬塊、石墨塊、陽(yáng)極電極從左往右依次設(shè)置在陽(yáng)極室內(nèi)，所述導(dǎo)電金屬塊的端部設(shè)置有一穿過(guò)螺旋按壓塊的導(dǎo)電凸桿。

13、進(jìn)一步地，該裝置配備有光伏板，所述陰極板上設(shè)置有接觸陰極電極或者伸入陰極室內(nèi)以接觸陰極電解液的導(dǎo)電柱，所述導(dǎo)電凸桿和導(dǎo)電柱分別連接光伏板的正極和負(fù)極。

14、本實(shí)用新型的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置采用了電化學(xué)催化還原技術(shù)，能夠在常溫常壓的條件下，將電能高效地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。該技術(shù)具有反應(yīng)條件簡(jiǎn)單、催化材料來(lái)源廣泛、反應(yīng)過(guò)程易于控制等優(yōu)點(diǎn)，且相較于光催化還原法，其轉(zhuǎn)化效率更為出色。特別地，裝置中陰極電極的表面積大于陽(yáng)極電極，這一設(shè)計(jì)有助于提高電化學(xué)反應(yīng)的效率。較大的陰極電極提供了更多的活性位點(diǎn)和反應(yīng)面積，從而增加了與二氧化碳分子接觸的機(jī)會(huì)，促進(jìn)了還原反應(yīng)的進(jìn)行。此外，陰極電極上設(shè)置的多個(gè)通孔，可以顯著提升二氧化碳的轉(zhuǎn)化速率。

15、將上述二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置應(yīng)用于電廠等尾氣排放場(chǎng)所，可以對(duì)排放的尾氣進(jìn)行有效的后處理，生成高附加值的化學(xué)品和燃料，如甲烷（ch4）、一氧化碳（co）等，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾氣中二氧化碳的回收利用。這不僅有助于減少大氣中的co2排放，緩解環(huán)境惡化問(wèn)題，還能有效應(yīng)對(duì)化石能源日益減少的挑戰(zhàn)，推動(dòng)co2的再利用，促進(jìn)綠色循環(huán)能源的發(fā)展。

技術(shù)特征：

1.二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：包括被隔離的陽(yáng)極室（1）和陰極室（2），所述陽(yáng)極室（1）和陰極室（2）中分別設(shè)置有陽(yáng)極電極（3）和陰極電極（4），在相同厚度下，所述陰極電極（4）的表面積大于陽(yáng)極電極（3）的表面積，所述陰極室（2）被陰極電極（4）分隔成儲(chǔ)液腔和儲(chǔ)氣腔，所述儲(chǔ)液腔設(shè)置有用于輸送陰極電解液的陰極進(jìn)液口（2a）和陰極出液口（2b），所述儲(chǔ)氣腔設(shè)置有用于輸送二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)氣口（2c）和用于排出反應(yīng)后的氣體的出氣口（2d），所述陰極電極（4）上設(shè)置有多個(gè)貫穿兩側(cè)的通孔，以使得陰極電解液和二氧化碳?xì)怏w能夠在陰極電極（4）兩側(cè)交替流動(dòng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述陰極電極（4）的儲(chǔ)氣腔一側(cè)緊貼有流道塊（5），所述流道塊（5）上靠近陰極電極（4）的一側(cè)設(shè)置有彎曲狀的凹槽（5a）且該凹槽（5a）通過(guò)輸送通道（16）與進(jìn)氣口（2c）及出氣口（2d）相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述凹槽（5a）覆蓋陰極電極（4）的區(qū)域與儲(chǔ)液腔在陰極電極（4）上的投影區(qū)域?qū)?yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述陰極電極（4）為銅基納米陣列材料制成的多孔電極。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述陰極進(jìn)液口（2a）和陰極出液口（2b）共同連接一陰極儲(chǔ)液罐。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極室（1）設(shè)置有用于輸送陽(yáng)極電解液的陽(yáng)極進(jìn)液口（1a）和陽(yáng)極出液口（1b），所述陽(yáng)極室（1）和陰極室（2）之間通過(guò)隔膜（6）隔開(kāi)，所述隔膜（6）為質(zhì)子交換膜。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極進(jìn)液口（1a）和陽(yáng)極出液口（1b）共同連接一陽(yáng)極儲(chǔ)液罐。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：包括通過(guò)可拆卸的方式依次連接的陽(yáng)極板（7）、中間板（8）和陰極板（9）且三個(gè)板中均設(shè)有空腔，所述隔膜（6）安裝在中間板（8）的空腔中并將其隔成左右兩部分，所述陽(yáng)極板（7）的空腔和中間板（8）的空腔左邊部分相連以形成所述陽(yáng)極室（1），所述陰極板（9）的空腔和中間板（8）的空腔右邊部分相連以形成所述陰極室（2）。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：所述陽(yáng)極板（7）的左側(cè)設(shè)置有環(huán)繞其空腔的環(huán)形凸柱（7a）且在環(huán)形凸柱（7a）上螺紋連接有螺旋按壓塊（10），所述陽(yáng)極電極（3）的左側(cè)設(shè)置有導(dǎo)電金屬塊（11）和石墨塊（12），所述導(dǎo)電金屬塊（11）、石墨塊（12）、陽(yáng)極電極（3）從左往右依次設(shè)置在陽(yáng)極室（1）內(nèi)，所述導(dǎo)電金屬塊（11）的端部設(shè)置有一穿過(guò)螺旋按壓塊（10）的導(dǎo)電凸桿（11a）。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，其特征在于：該裝置配備有光伏板，所述陰極板（9）上設(shè)置有接觸陰極電極（4）或者伸入陰極室（2）內(nèi)以接觸陰極電解液的導(dǎo)電柱（13），所述導(dǎo)電凸桿（11a）和導(dǎo)電柱（13）分別連接光伏板的正極和負(fù)極。

技術(shù)總結(jié)
二氧化碳轉(zhuǎn)化裝置，涉及二氧化碳轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，其包括被隔離的陽(yáng)極室和陰極室，陽(yáng)極室和陰極室中分別設(shè)置有陽(yáng)極電極和陰極電極，在相同厚度下，陰極電極的表面積大于陽(yáng)極電極的表面積，陰極室被陰極電極分隔成儲(chǔ)液腔和儲(chǔ)氣腔，儲(chǔ)液腔設(shè)置有用于輸送陰極電解液的陰極進(jìn)液口和陰極出液口，儲(chǔ)氣腔設(shè)置有用于輸送二氧化碳?xì)怏w的進(jìn)氣口和用于排出反應(yīng)后的氣體的出氣口，陰極電極上設(shè)置有多個(gè)貫穿兩側(cè)的通孔，以使得陰極電解液和二氧化碳?xì)怏w能夠在陰極電極兩側(cè)交替流動(dòng)。上述方案能夠?qū)⑴欧旁粗械亩趸嫁D(zhuǎn)化為更有生產(chǎn)利用價(jià)值的化學(xué)品和材料，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的資源化利用。

技術(shù)研發(fā)人員：唐彥宇,康曉民,郭俊彤,謝佳樂(lè)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20240731
技術(shù)公布日：2025/5/8