煤炭輔助電解

電解加工是根據電化學反應原理加工成型的一種新工藝，即將工具接直流電源的負極，工件接正極，煤炭輔助電解指的是加入煤炭輔助加快電解過程。

基本介紹

• 中文名：煤炭輔助電解
• 套用領域：化學領域
• 實質：一種新工藝

背景技術

煤炭的直接液化是將煤預先粉碎至一定粒度後與溶劑配製成煤漿，在一定溫度(450°C)、高壓(l20MPa)下加氫，使大分子變成小分子的過程。一般經歷煤的熱溶解、氫轉移及加氫三個步驟。其中，熱溶解過程中主要發生弱鍵斷裂，產生可萃取的物質。一般當溫度達到300°C後，熱解產生的自由基主要與催化劑活化的氫氣和/或供氫溶劑發生H轉移而穩定。此外，煤結構中O、N、S等雜原子也可以在一定程度上被加氫脫除。

煤的電解加氫液化是將煤在電解槽內進行陰極加氫，轉化為可溶性的低分子有機產品，再對其進行進一步加氫得到可以利用的發動機燃料和化工產品。煤的陰極加氫也屬於煤的液化的研究範圍，如上所述，煤直接液化一般是在很高的溫度和壓力條件下，在催化劑和供氫溶劑的存在下將煤加氫直接轉化為液體燃料和化工產品的加工過程，而煤的電化學加氫還原是利用電場勢能代替了高溫和高壓的條件。具有操作條件溫和，設備要求簡單，經濟成本低的優點。

研究思路

要實現煤的電化學加氫，首先要解決反應系統的優選問題，這包括電解液中溶劑的選擇、電解槽的設計、電極材料和隔膜的選擇。其中，工作陰極材料以及其表面狀態對煤炭電解加氫液化具有很大的影響。對於陰極的選擇很早已有文獻報到。Fuchs等用鉛作陰極，在IM的L1H水溶液中對煤進行電解加氫還原，發現最終可將95%的煤溶解，他選擇的陰極工作電極為鉛板。Given和Peover用Hg池作陰極,0.1M的四乙基碘化胺的二甲基甲酞胺溶液作電解質，對煤進行陰極電解加氫還原，結果表明當煤電解後，每100個碳原子可加8個氫原子，當加入少量苯酚作供質子體時，在-1.0V和-2.07V處的擴散電流均有增加，這表明電解後的產物迅速與質子結合，每100個碳原子所含氫原子數可增加到14個。Markby對於煤的電化學還原作了更深入廣泛地研究，他採用碳作陽極，分別以碳棒、石磨、鉬作陰極，以LiCl為支持電解質，在乙二胺溶液中做了煤的電化學還原。開始時電流效率為46%，電解15小時後下降到10%。Sternberg等人用Al作陰極,在飽和LiCl溶液中進行電解還原煤漿。結果表明，每100個C原子上加了 53個H原子。因為反應是在非常嚴格的條件下進行的，所以大部分多環芳香族碳水化合物與羰基團一起都被還原了。

製備方法

一種煤炭電解加氫液化陰極多孔負載型催化電極的製備方法，其特徵在於，具體步驟如下：金屬鈦基體的預處理:首先將金屬鈦基體進行打磨拋光，然後用去離子水沖洗乾淨，放於丙酮中超音波除油清洗5分鐘，用去離子水將金屬鈦基體沖洗乾淨後，再將金屬鈦基體放在體積比為5%的HF水溶液中浸泡30秒，隨後放入體積比為30%的HCl水溶液中清洗I分鐘，再用去離子水清洗乾淨，烘乾備用； b、基體表面納米多孔T12的製備:採用兩電極體系，將步驟a預處理的基體放入配製好的I mol/L的硫酸水溶液中，作為工作電極；以石墨片為對電極，使用高壓直流電源為電解電源；在室溫下，調節電源電壓旋鈕以500mV/s的速率升至120V的電壓，氧化20分鐘，得到納米多孔T12，作為催化電極中間多孔層； C、納米多孔T12上進行催化層沉積:在電解槽中，以Ni片為對電極，加入事先配製好的催化層電鍍液；調節溶液PH值為7.0-7.5，在60°C下，以2A/dm2的電流沉積8分鐘，製備得到納米多孔複合的陰極催化電極； 所述催化層電鍍液為硫酸鎳、鎢酸鈉、二甲基胺硼烷和檸檬酸氨；所述10ml鍍液含有3g六水硫酸鎳、6.5g 二水鎢酸鈉、1.5g 二甲基胺硼烷、1g檸檬酸氨。