[科普中国]-煤炭辅助电解

电解加工是根据电化学反应原理加工成型的一种新工艺，即将工具接直流电源的负极，工件接正极，煤炭辅助电解指的是加入煤炭辅助加快电解过程。

背景技术煤炭的直接液化是将煤预先粉碎至一定粒度后与溶剂配制成煤浆，在一定温度(>450°C)、高压(l(T20MPa)下加氢，使大分子变成小分子的过程。一般经历煤的热溶解、氢转移及加氢三个步骤。其中，热溶解过程中主要发生弱键断裂，产生可萃取的物质。一般当温度达到300°C后，热解产生的自由基主要与催化剂活化的氢气和/或供氢溶剂发生H转移而稳定。此外，煤结构中O、N、S等杂原子也可以在一定程度上被加氢脱除。

煤的电解加氢液化是将煤在电解槽内进行阴极加氢，转化为可溶性的低分子有机产品，再对其进行进一步加氢得到可以利用的发动机燃料和化工产品。煤的阴极加氢也属于煤的液化的研究范围，如上所述，煤直接液化一般是在很高的温度和压力条件下，在催化剂和供氢溶剂的存在下将煤加氢直接转化为液体燃料和化工产品的加工过程，而煤的电化学加氢还原是利用电场势能代替了高温和高压的条件。具有操作条件温和，设备要求简单，经济成本低的优点。

研究思路要实现煤的电化学加氢，首先要解决反应系统的优选问题，这包括电解液中溶剂的选择、电解槽的设计、电极材料和隔膜的选择。其中，工作阴极材料以及其表面状态对煤炭电解加氢液化具有很大的影响。对于阴极的选择很早已有文献报到。Fuchs等用铅作阴极，在IM的L1H水溶液中对煤进行电解加氢还原，发现最终可将95%的煤溶解，他选择的阴极工作电极为铅板。Given和Peover用Hg池作阴极,0.1M的四乙基碘化胺的二甲基甲酞胺溶液作电解质，对煤进行阴极电解加氢还原，结果表明当煤电解后，每100个碳原子可加8个氢原子，当加入少量苯酚作供质子体时，在-1.0V和-2.07V处的扩散电流均有增加，这表明电解后的产物迅速与质子结合，每100个碳原子所含氢原子数可增加到14个。Markby对于煤的电化学还原作了更深入广泛地研究，他采用碳作阳极，分别以碳棒、石磨、钼作阴极，以LiCl为支持电解质，在乙二胺溶液中做了煤的电化学还原。开始时电流效率为46%，电解15小时后下降到10%。Sternberg等人用Al作阴极,在饱和LiCl溶液中进行电解还原煤浆。结果表明，每100个C原子上加了 53个H原子。因为反应是在非常严格的条件下进行的，所以大部分多环芳香族碳水化合物与羰基团一起都被还原了。1

制备方法一种煤炭电解加氢液化阴极多孔负载型催化电极的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：金属钛基体的预处理:首先将金属钛基体进行打磨抛光，然后用去离子水冲洗干净，放于丙酮中超声波除油清洗5分钟，用去离子水将金属钛基体冲洗干净后，再将金属钛基体放在体积比为5%的HF水溶液中浸泡30秒，随后放入体积比为30%的HCl水溶液中清洗I分钟，再用去离子水清洗干净，烘干备用； b、基体表面纳米多孔T12的制备:采用两电极体系，将步骤a预处理的基体放入配制好的I mol/L的硫酸水溶液中，作为工作电极；以石墨片为对电极，使用高压直流电源为电解电源；在室温下，调节电源电压旋钮以500mV/s的速率升至120V的电压，氧化20分钟，得到纳米多孔T12，作为催化电极中间多孔层； C、纳米多孔T12上进行催化层沉积:在电解槽中，以Ni片为对电极，加入事先配制好的催化层电镀液；调节溶液PH值为7.0-7.5，在60°C下，以2A/dm2的电流沉积8分钟，制备得到纳米多孔复合的阴极催化电极； 所述催化层电镀液为硫酸镍、钨酸钠、二甲基胺硼烷和柠檬酸氨；所述10ml镀液含有3g六水硫酸镍、6.5g 二水钨酸钠、1.5g 二甲基胺硼烷、1g柠檬酸氨。2

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学