阅读说明：本技术 一种二氧化碳熔盐电解实验装置 (Carbon dioxide fused salt electrolysis experimental apparatus ) 是由 彭明 李亮星 彭军军 闵定伟 张勃 黄茜琳 于 2020-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种二氧化碳熔盐电解实验装置,包括二氧化碳气瓶、密封电解装置和气体收集装置,密封电解装置包括耐高温不锈钢坩埚、石墨电解槽、阳极、阴极和直流电源,耐高温不锈钢坩埚包括埚体和埚盖,埚盖密封盖合在埚体上,埚体内设有石墨电解槽,埚盖上设有进气接头和出气接头,二氧化碳气瓶的出口经通气管与进气接头连接,埚盖的底部设有向下延伸连通进气接头的延伸管,直流电源设于埚盖上方,阳极和阴极一方面通过导杆与直流电源连接,另一方面通过导杆密封穿过埚盖悬挂并伸入熔盐电解质中,埚体内设有用于罩住阳极的集气罩,集气罩的顶部设有排气管。本发明结构简单、易于组装、气密性好,能有效收集高纯度氧气。(The invention discloses a carbon dioxide molten salt electrolysis experimental device, which comprises a carbon dioxide gas cylinder, a sealed electrolysis device and a gas collection device, wherein the sealed electrolysis device comprises a high-temperature resistant stainless steel crucible and a graphite electrolysis bath, anode, negative pole and DC power supply, high temperature resistant stainless steel crucible includes the crucible body and crucible lid, the sealed lid of crucible lid closes on the crucible body, the internal graphite electrolysis trough that is equipped with of crucible, the crucible is covered and is equipped with air connector and the joint of giving vent to anger, the export of carbon dioxide gas cylinder is connected with air connector through the vent-pipe, the bottom of crucible lid is equipped with the extension pipe of downwardly extending intercommunication air connector, DC power supply locates crucible lid top, positive pole and negative pole pass through the guide arm on the one hand and are connected with DC power supply, on the other hand passes the crucible lid through the guide arm is sealed and hangs and stretch into in the molten salt electrolyte, the internal gas collecting channel that is used for covering the positive pole that is equipped with of crucible, the top of gas collecting. The invention has simple structure, easy assembly and good air tightness, and can effectively collect high-purity oxygen.)

一种二氧化碳熔盐电解实验装置

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳熔盐电解实验装置，具体是涉及二氧化碳电解制备氧气，可收集阳极气体产物的实验装置。

背景技术

工业的高速发展对能源的需求日益继增，化石燃料煤、石油和天然气的使用为现代工业和社会发展提供了大量能源的同时也排放出大量的二氧化碳。二氧化碳作为主要的温室效应气体，如何将其进行资源化利用至关重要。二氧化碳是由碳原子和氧原子组成，将二氧化碳分解为碳和氧气无疑是最优的选择，但二氧化碳稳定性强，一般很难将其分解，熔盐电化学技术是通过电子作为能量介子，通过熔盐电化学技术在电子作为能量载体下可有效分解二氧化碳制备氧气，但是现有的实验装置在高温下很难保证气密性，难以收集高纯度氧气。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，从而提供一种二氧化碳熔盐电解实验装置。

本发明的技术方案：

一种二氧化碳熔盐电解实验装置，包括二氧化碳气瓶、密封电解装置和气体收集装置，所述密封电解装置包括耐高温不锈钢坩埚、石墨电解槽、阳极、阴极和直流电源，其中，耐高温不锈钢坩埚包括埚体和埚盖，埚盖密封盖合在埚体上，埚体内设有石墨电解槽，石墨电解槽内设有熔盐电解质，埚盖上设有进气接头和出气接头，二氧化碳气瓶的出口经通气管与进气接头连接，埚盖的底部设有向下延伸连通进气接头的延伸管，所述直流电源设于埚盖上方，阳极和阴极分别通过导杆与直流电源连接，阳极和阴极分别通过导杆密封穿过埚盖悬挂并伸入熔盐电解质中，所述埚体内设有用于罩住阳极的集气罩，集气罩的下部伸入熔盐电解质中，集气罩的顶部可拆卸的安装有对应出气接头的排气管，出气接头通过集气管与气体收集装置连接。

优选，所述埚盖的底部可拆卸的安装有供阳极导杆穿过，用于使阳极导杆与集气罩绝缘的刚玉管。

优选，阳极罩的顶部开有两个螺纹孔，排气管和刚玉管的两端分别带有螺纹；排气管的上端与埚盖螺接，下端与阳极罩螺接，螺接处采用耐高温不锈钢密封圈加以密封；刚玉管的上端与埚盖螺接，下端与阳极罩螺接，螺接处采用耐高温不锈钢密封圈加以密封。

优选，所述埚盖上设有供阴极导杆穿过的阴极穿设接头和对应刚玉管供阳极导杆穿过的阳极穿设接头，所述进气接头、出气接头、阴极穿设接头、阳极穿设接头均采用耐高温不锈钢螺纹管接头，通气管与进气接头的连接处、集气管与出气接头的连接处、阴极穿设接头与阴极导杆、以及阳极穿设接头与阳极导杆分别通过抱箍配合密封圈连接密封。

优选，所述气体收集装置包括导气管、集气瓶、集气瓶支架和水槽，集气瓶通过集气瓶支架架设在水槽内，集气管的一端与出气接头连接，集气管的另一端连接有导气管，导气管的一端伸入集气瓶中。

优选，所述气体收集装置还包括冷凝管，所述冷凝管设置在集气管与导气管之间。

优选，所述二氧化碳气瓶的出口设有控制气阀，通气管上设有气体流量计。

优选，所述阳极为铂电极，阴极为钛电极。

优选，埚盖与埚体之间通过金属密封圈片密封，埚盖与埚体通过螺栓固定。

本发明的有益效果在于：

1、本发明实验装置结构简单、易于组装，二氧化碳电解实验过程操作简单、安全可靠。

2、通过设置阳极罩提高了阳极气体的收集效率，通过设置刚玉管一方面可以防止短路，避免阳极导杆使整个集气罩当作阳极进行电解反应，另一方面可使得阳极罩安装更为稳定。

3、气密性好、气体纯度高，能有效收集惰性阳极上产生的氧气，通过设置气体流量计可便于控制气体流速。

4、在集气管与导气管之间设置冷凝管；可以起到冷却气体的作用，避免操作人员在接触集气瓶时集气瓶内的温度过高而造成烫伤。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例中阳极导杆的密封结构示意图；

图3是本发明实施例中阳极导杆密封结构的俯视图；

图4是本发明实施例中集气管的密封结构示意图；

图中：二氧化碳气瓶1，控制气阀2，气体流量计3，通气管4，延伸管5，直流电源6，钢玉管7，埚盖8，熔盐电解质9，阴极10，石墨电解槽11，阳极12，埚体13，集气罩14，金属密封圈片15，螺栓16，抱箍17，冷凝管18，导气管19，集气瓶20，集气瓶支架21，水槽22，排气管23，集气管24，耐高温绝缘密封圈25，密封铜片26，螺栓27，耐高温不锈钢抱箍接头28，进气接头81，出气接头82，阴极穿设接头83，阳极穿设接头84，阴极导杆100，阳极导杆200。

具体实施方式

本发明通过下面的实施案例可以对本发明做进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：参见图1所示的一种二氧化碳熔盐电解实验装置，包括二氧化碳气瓶1、密封电解装置和气体收集装置，所述密封电解装置包括耐高温不锈钢坩埚、石墨电解槽11、阳极12、阴极10和直流电源6，其中，所述阳极12为铂电极，阴极10为钛电极，耐高温不锈钢坩埚包括埚体13和埚盖8，埚盖8密封盖合在埚体13上，埚体13内设有石墨电解槽11，石墨电解槽11内设有熔盐电解质9，埚盖8上设有进气接头81和出气接头82，二氧化碳气瓶1的出口经通气管4与进气接头81连接，埚盖8的底部设有向下延伸连通进气接头81的延伸管5，所述直流电源6设于埚盖8上方，阳极12和阴极10分别通过导杆与直流电源6连接，直流电源6的电压调节参数为：0-15V，阳极12和阴极10分别通过导杆密封穿过埚盖8悬挂并伸入熔盐电解质9中，所述埚体13内设有用于罩住阳极12的集气罩14，集气罩14的下部伸入熔盐电解质9中，集气罩14的顶部可拆卸的安装有对应出气接头82的排气管23，出气接头82通过集气管24与气体收集装置连接。

优选，所述埚盖8的底部可拆卸的安装有供阳极导杆200穿过，用于使阳极导杆200与集气罩14绝缘的刚玉管7，优选，阳极罩14的顶部开有两个螺纹孔，排气管23和刚玉管7的两端分别带有螺纹；排气管23的上端与埚盖8螺接，下端与阳极罩14螺接，螺接处采用耐高温不锈钢密封圈加以密封；刚玉管7的上端与埚盖8螺接，下端与阳极罩14螺接，螺接处采用耐高温不锈钢密封圈加以密封，通过设置刚玉管7一方面可以防止短路，避免阳极导杆使整个集气罩当作阳极进行电解反应，另一方面可使得阳极罩14安装更为稳定。

优选，所述埚盖8上设有供阴极导杆100穿过的阴极穿设接头83和对应刚玉管7供阳极导杆200穿过的阳极穿设接头84，所述进气接头81、出气接头82、阴极穿设接头83、阳极穿设接头84均采用耐高温不锈钢螺纹管接头，通气管4与进气接头81的连接处、集气管24与出气接头82的连接处、阴极穿设接头83与阴极导杆100、以及阳极穿设接头84与阳极导杆200分别通过抱箍17配合密封圈连接密封。

本实施例中，阴极导杆100的密封结构与阳极导杆200的密封结构相同，阳极导杆200的密封结构如图2和图3所示，图中包括抱箍17、耐高温绝缘密封圈25、密封铜片26、阳极穿设接头84和阳极导杆200，耐高温绝缘密封圈25密封套在阳极导杆200上，耐高温绝缘密封圈25与阳极穿设接头84之间用密封铜片26密封，阳极穿设接头84和耐高温绝缘密封圈25通过抱箍17抱紧密封，通过旋转上紧抱箍的螺栓27，从而保证了装置的气密性。

本实施例中，通气管4的密封结构与集气管24的密封结构相同，集气管24的密封结构如图4所示，图中包括抱箍17、耐高温不锈钢抱箍接头28、密封铜片26、出气接头82和集气管24，耐高温不锈钢抱箍接头28密封套在集气管24进口端，耐高温不锈钢抱箍接头28与出气接头82之间用密封铜片26密封，阳极穿设接头84和耐高温不锈钢抱箍接头28通过抱箍17密封，通过旋转上紧抱箍的螺栓27，从而保证了出气接头82与集气管24的密封。

优选，所述气体收集装置包括导气管19、集气瓶20、集气瓶支架21和水槽22，集气瓶20通过集气瓶支架21架设在水槽22内，集气管24的一端与出气接头82连接，集气管24的另一端连接有导气管19，导气管19的一端伸入集气瓶20中，优选，所述气体收集装置还包括冷凝管18，所述冷凝管18设置在集气管24与导气管19之间；由于阳极反应产生的气体温度很高，通过设置冷凝管可以起到冷却气体的作用，避免操作人员在接触集气瓶时集气瓶内的温度过高而造成烫伤。

进一步优选，冷凝管18的冷却水进口位于右端，水出口位于左端，冷水从靠近集气瓶20的一端流进，从靠近集气罩14的一端流出，会有一个缓冲的过程，可以防止冷却水长时间的直接与集气管24端的高温气体换热，降低了冷凝管18炸裂的风险。

优选，所述二氧化碳气瓶1的出口设有控制气阀2，通气管4上设有气体流量计3，气体流量计型号：LZB-3WB，流量范围：0.25-2.5m³/h。

优选，埚盖8与埚体13之间通过金属密封圈片15密封，埚盖8与埚体13通过螺栓16固定。

本发明实验前需将集气罩14与刚玉管7进行组装，集气罩14顶部开有两个合适大小的螺纹孔，用于与排气管23和刚玉管7相连，排气管23的上端与不锈钢坩埚盖8连接，部件之间的连接采用螺接的方式连接，并用耐高温不锈钢密封圈加以密封，制作完成的集气罩14密封性能良好，排气管23采用耐高温不锈钢材质，阳极导杆200通过刚玉管7与集气罩14绝缘。

实验过程：将LiCl : Li₂O质量比为95 : 5进行配料，混合均匀后，装入石墨电解槽11中，盖上不锈钢坩埚盖8，打开控制气阀2，二氧化碳气体经过气体流量计3、通气管4、延伸管5进入埚体13内，于此同时，接通直流电源6对铂、钛电极通电，正、负电极发生化学反应，反应过程包括但不限于以下化学式：

二氧化碳吸收反应：CO₂ + O²⁻ = CO₃ ²⁻

在铂电极上发生的电极反应为：CO₃ ²⁻ − 2e⁻ = CO₂ + 0.5O₂

O²⁻ − 2e⁻ = 0.5O₂

在钛电极上发生的电极反应为：CO₃ ²⁻ + 4e⁻ = C + 3O²⁻

铂电极上产生的气体在集气罩14的作用下由排气管23依次进入集气管24、冷凝管18和导气管19，最后通过集气瓶20进行收集，冷凝管18中可以通入冷却水，将阳极反应产生的气体冷却，避免操作人员在接触集气瓶时集气瓶内的温度过高而造成烫伤，实验过程中可以通过观察收集气体的产生量调节控制气阀的气体流速大小，当集气瓶内的水排尽时，即表示收集完毕。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。