專(zhuān)利名稱(chēng)：制造甲醇的方法和反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及曱醇的制造方法。
本發(fā)明還涉及用于從二氧化碳和水制造曱醇的燃料電池型反應(yīng)器，其
包括具有陰極和用于陰極反應(yīng)的催化劑的陰極側(cè)、具有陽(yáng)極和用于陽(yáng)極反應(yīng)的催化劑的陽(yáng)極側(cè)、以及將陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)分開(kāi)的中間膜。
背景技術(shù)：
日益增長(zhǎng)的曱醇使用領(lǐng)域是作為燃料電池尤其是DMFC型燃料電池中的燃料，其中在機(jī)動(dòng)車(chē)輛方面預(yù)期有大的增長(zhǎng)。從環(huán)境觀點(diǎn)來(lái)看，曱醇優(yōu)于給出顯著較大的二氧化碳排放的乙醇。此外，對(duì)于基于農(nóng)業(yè)的乙醇制造，需要的農(nóng)業(yè)面積為通過(guò)使能源林氣化的曱醇制造所需的森林面積的四倍，所述能源林不與森林工業(yè)的木材的需求竟?fàn)帯?br> 此外，在中和通過(guò)氧化形成的二氧化碳方面存在問(wèn)題，二氧化碳被稱(chēng)為所謂的溫室氣體。在熱電站中，例如，二氧化碳大規(guī)模地產(chǎn)生并且已建議將其收集并且將其置于空的油氣田中，例如，優(yōu)選置于海底之下。然而，期望找到二氧化碳的合適應(yīng)用領(lǐng)域以減少將其沉積的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供方法和反應(yīng)器，其通過(guò)使用二氧化碳和水作為合成中的起始材料減少必須沉積的二氧化碳的量。
在以上介紹中提及的曱醇制造方法中，該目的通過(guò)如下實(shí)現(xiàn)在燃料電池型反應(yīng)器的陰極和陽(yáng)極之間連接電壓，在第 一個(gè)步驟中在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(a)的催化劑的同時(shí)，使反應(yīng)器中的二氧化碳和水受到第 一個(gè)所需的陰極反應(yīng)(a)
C02 + 2 H30++2 e:— HCOOH + 2 H20 (a)將反應(yīng)產(chǎn)物從第一個(gè)步驟送至第二個(gè)步驟、并且在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(b)的催化劑的同時(shí)，進(jìn)行第二個(gè)所需的陰極反應(yīng)(b)
5HCOOH + 2 H30 + 2 e — HCHO + 3 H20 (b)
和將反應(yīng)產(chǎn)物從第二個(gè)步驟送至第三個(gè)步驟，并且在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(c)的催化劑的同時(shí)，進(jìn)行第三個(gè)所需的陰極反應(yīng)(c)
HCHO + 2 H3Q++ 2 e- — CH3OH + 2 H20 (c)。
在以上介紹中提及的反應(yīng)器中，該目的由于將反應(yīng)器分成具有串聯(lián)連接流動(dòng)的多個(gè)燃料電池型反應(yīng)器單元用以進(jìn)行多級(jí)陰極反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)，其中各單元具有優(yōu)化用于將在所述單元中進(jìn)行的反應(yīng)步驟的催化劑。
通過(guò)將二氧化碳用于曱醇的制造(所述曱醇隨后可有利地用作在機(jī)動(dòng)車(chē)輛方面的DMFC型燃料電池中的燃料)，可實(shí)現(xiàn)必須沉積的二氧化碳量的顯著降低。
優(yōu)選單獨(dú)地將Ag催化劑或者將Ag催化劑與1102和/或Te—起用于第一個(gè)步驟中的陰極反應(yīng)，將Si02和Ti02以及Ag催化劑一起用于第二個(gè)步驟中的陰極反應(yīng)，和單獨(dú)地將含有60-94%Ag、 5-30。/。Te和/或Ru以及1-10%Pt的催化劑或?qū)⑵渑cAu和/或Ti02—起(優(yōu)選以卯9: 1的比例)用于第三個(gè)步驟中的陰極反應(yīng)。這些催化劑是對(duì)所需的反應(yīng)優(yōu)化的。
作為在陽(yáng)極處的還原劑，優(yōu)選將水和炭黑、蒽醌和Ag催化劑一起用于在各個(gè)步驟中的以下陽(yáng)極反應(yīng)(d)
4H20 — H202+2H30++2 e- (d)。
在本發(fā)明的反應(yīng)器中，這意味著合適地設(shè)計(jì)所有單元以使用液體還原劑，并且在陽(yáng)極側(cè)所有單元具有在酚醛樹(shù)脂中的炭黑、蒽醌和Ag催化劑以在下列陽(yáng)極反應(yīng)(d)中使用水作為液體還原劑和制造過(guò)氧化氫
4H20 — H202+2H30++2e- (d)。
由此，該反應(yīng)器將產(chǎn)生過(guò)氧化氫作為副產(chǎn)物。過(guò)氧化氫是對(duì)于在DMFC型燃料電池中的使用非常適合的氧化劑，如公開(kāi)于我們與此同時(shí)提交并且名稱(chēng)為爿meAod o/ era"ow o/ a /we/ ce〃 o/ Z)MFCawd /we/ ce〃
o^ewo/X>MFC 的專(zhuān)利申請(qǐng)中，在此引入作為參考。
所述三個(gè)反應(yīng)步驟優(yōu)選地在反應(yīng)器中串聯(lián)流動(dòng)連接的三個(gè)單元中進(jìn)行，并且在各個(gè)單獨(dú)的步驟中彼此化學(xué)計(jì)量平衡地保持陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)的反應(yīng)。由此，促進(jìn)所需反應(yīng)機(jī)理的進(jìn)行。
膜優(yōu)選地構(gòu)成在陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)兩者上的催化劑的載體。因此，實(shí)現(xiàn)緊湊設(shè)計(jì)和高的功率密度。合適的是，陰極、陽(yáng)極和膜為彼此附著并且具有小于lmm的厚度和平面?zhèn)鹊谋“澹⑶宜瞿づc在一側(cè)上的所述陽(yáng)極和陰極的至少之一具有表面結(jié)構(gòu)，該表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生在板的基本上整個(gè)一側(cè)上的液體的優(yōu)化流動(dòng)。
還合適的是，該表面結(jié)構(gòu)由具有波形橫截面的通道構(gòu)成。這種通道制造簡(jiǎn)單并且使得能夠?qū)崿F(xiàn)期望的流型。
薄的陰極和陽(yáng)招j反有利地由具有約0.6mm~0.1mm，優(yōu)選約0.3mm厚度的金屬片構(gòu)成，并且所述通道具有約2mm 3mm的寬度和約0.5mm ~0.05mm的深度。由此，可以減小反應(yīng)器的尺寸，使得功率密度增加，并且同時(shí)控制所需反應(yīng)。
優(yōu)選地，所述膜由玻璃組成，其適當(dāng)摻雜以允許質(zhì)子/水合氫離子通過(guò)。實(shí)際上，玻璃膜不溶于電池中存在的反應(yīng)物中并且因此不被它們侵蝕。其對(duì)于其它離子也是不可透過(guò)的。
此外，合適的是，膜在其平面?zhèn)壬蠑y帶用于所涉及的陰極反應(yīng)的催化劑并且在其另一側(cè)上攜帶銀鏡，所述銀鏡構(gòu)成用于陽(yáng)極反應(yīng)的催化劑。因


下面，將參照優(yōu)選實(shí)施方式和附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1為說(shuō)明燃料電池型反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式的原理流程圖，其中在
燃料電池型反應(yīng)器單元中從二氧化碳和水逐步制造曱醇。圖2為圖1的反應(yīng)器的橫截面圖并且顯示電極、中間膜和流動(dòng)通道的
優(yōu)選布置。
圖3和4為用于在各個(gè)單元中引導(dǎo)反應(yīng)物流動(dòng)的幾種不同流型的平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中的原理流程圖說(shuō)明在從二氧化碳和水制造曱醇時(shí)使用的燃料電池型反應(yīng)器的優(yōu)選實(shí)施方式。所述反應(yīng)器包括具有陰極11和用于陰極反應(yīng)的催化劑的陰極側(cè)、具有陽(yáng)極12和用于陽(yáng)極反應(yīng)的催化劑的陽(yáng)極側(cè)、以及將所述陰極側(cè)和陽(yáng)極側(cè)分開(kāi)的中間膜13。
根據(jù)本發(fā)明，反應(yīng)器分成具有串聯(lián)連接流動(dòng)的多個(gè)燃料電池型反應(yīng)器單元1、 2、 3用以進(jìn)行多級(jí)陰極反應(yīng)，在所顯示的實(shí)施方式中分成三個(gè)反應(yīng)器單元，其中各單元1、 2、 3具有優(yōu)化用于將在所述單元中進(jìn)行的反應(yīng)步驟的催化劑。
為制造曱醇，在燃料電池型反應(yīng)器的陰極11和陽(yáng)極12之間連接電壓，并且在第一個(gè)步驟中，在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(a)的催化劑的同時(shí)，在反應(yīng)器中的單元1中的二氧化碳和水在第一個(gè)所需的陰極反應(yīng)(a)中還原為曱酸，該優(yōu)化用于反應(yīng)(a)的催化劑合適地為單獨(dú)的Ag或Ag與Ti02和/或Te —起
C02 + 2 H30++2 e- — HCOOH + 2 H20 (a)。將所形成的反應(yīng)產(chǎn)物從第一個(gè)步驟送至單元2和第二個(gè)步驟，其中在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(b)的催化劑的同時(shí)，曱酸在第二個(gè)所需的陰極反應(yīng)(b)中還原為曱醛，該優(yōu)化用于反應(yīng)(b)的催化劑合適地為Si02和7102與Ag —起
HCOOH + 2 H30++ 2 e- — HCHO + 3 H20 (b)并且將在該第二個(gè)步驟中形成的反應(yīng)產(chǎn)物送至第三單元3和第三個(gè)步驟，其中在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(c)的催化劑的同時(shí)，曱醛在第三個(gè)所需的陰極反應(yīng)(c)中還原為曱醇，該優(yōu)化用于反應(yīng)(c)的催化劑合適地為單獨(dú)的含有60-94% Ag、 5-30 % Te和/或Ru及1-10 % Pt的催化劑或上述催化劑與Au和/或Ti02一起，優(yōu)選以90: 9: 1的比例
HCHO + 2 H30++ 2 e- — CH3OH + 2 H20 (c)。
通過(guò)將從二氧化碳和水制造曱醇分割成多個(gè)步驟，對(duì)各個(gè)單獨(dú)的步驟優(yōu)化催化劑，可以精制和控制所需的反應(yīng)，以改進(jìn)利用程度并且改進(jìn)功率密度。
在圖1中所示的實(shí)施方式中，在使用炭黑、蒽醌和Ag催化劑以及酚醛樹(shù)脂的同時(shí)，在各個(gè)步驟中提供的新鮮水將在各個(gè)步驟中在陽(yáng)極側(cè)通過(guò)如下反應(yīng)電化學(xué)氧化為過(guò)氧化氫
4H20 — H202+2H30++2e— (d)。
合適地控制向各個(gè)步驟或者單元1、 2、 3中的水供應(yīng)，使得在各個(gè)單獨(dú)的步驟中，陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)上的反應(yīng)處于彼此化學(xué)計(jì)量平衡。由此，所述各反應(yīng)可更加可靠地精制和用常規(guī)控制設(shè)備(未示出)控制以增加產(chǎn)率。過(guò)氧化氫而不是氧的產(chǎn)生提供需要低得多的體積流量的優(yōu)點(diǎn)。此外，對(duì)于空氣E0=1.227V，而對(duì)于過(guò)氧化氫EQ= 1.766V。另外，在膜的兩側(cè)上具有液相是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
8蒽醌(CAS No.84-65-l)是具有286。C熔點(diǎn)的結(jié)晶粉末，其不溶于水和醇 中，但是可溶于硝基苯和苯胺中。催化劑可通過(guò)如下制造將炭黑、蒽醌 和銀與酚醛樹(shù)脂混合，例如，并將其鋪為涂層，讓該涂層干燥。然后，將 該涂層與基底分離，并且在粉碎和細(xì)研磨之后將所獲得的粉末懸浮在合適 的溶劑中、涂布在期望的位置處并且蒸發(fā)溶劑。
三個(gè)反應(yīng)器單元l、 2、 3還是串聯(lián)電連接的。兩個(gè)電子從電源15(顯示 為電池)傳遞至步驟1中的陰極lh，來(lái)自步驟1中的陽(yáng)極12i的兩個(gè)電子傳 遞至步驟2中的陰極112，來(lái)自步驟2中的陽(yáng)極122的兩個(gè)電子傳遞至步驟 3中的陰極113，和從步驟3中的陽(yáng)極123將兩個(gè)電子傳遞回到電源15。在 全部三個(gè)單元1、 2、 3中，所形成的質(zhì)子/水合氫離子從陽(yáng)極12通過(guò)膜13 傳遞至陰極11。
圖2為圖1的反應(yīng)器組件的橫截面圖并且顯示電極11、 12、中間膜13 和流體通道16的優(yōu)選布置。陰極11、陽(yáng)極12和膜13通過(guò)彼此附著以形成 堆或組的薄板形成。所述接合可機(jī)械地進(jìn)行，例如通過(guò)拉桿(未示出)的方式， 但是優(yōu)選使用例如硅型的合適膠粘劑的接合(未示出)，以使所述板相對(duì)彼此 保持在一起。在膜13和陰極11之間以及在膜13和陽(yáng)極12之間提供表面結(jié) 構(gòu)，所述表面結(jié)構(gòu)促進(jìn)在板的基本上整個(gè)一側(cè)上的液體的基本上均勻的流 動(dòng)。此外，圖2公開(kāi)了設(shè)計(jì)串聯(lián)的電連接使得作為步驟1中的陽(yáng)極12j的一 塊板與作為步驟2中的陰極112的一塊板導(dǎo)電性表面接觸，和作為步驟2中 的陽(yáng)極122的一塊板與作為步驟3中的陰極113的一塊板導(dǎo)電性表面接觸。 在圖1中所示的單獨(dú)反應(yīng)器單元1、 2、 3之間的流體管道形成在板堆/組中， 但是在圖2中它們還顯示作為位于外部的流體管道。
膜13可為NafionTM的常規(guī)PEM膜，但是在優(yōu)選實(shí)施方式中，該膜為 薄玻璃板13 ，其優(yōu)選地?fù)诫s以允許質(zhì)子/水合氫離子從膜一側(cè)遷移至另 一側(cè)。 有利地，所述玻璃由普通的便宜玻璃級(jí)別，如鈉4丐玻璃和綠玻璃組成。當(dāng) 將這種玻璃板制得薄時(shí)，它們的彈性和它們的單位載荷維持能力將增加。 作為玻璃中的摻雜劑，多種不同的金屬是可能的，但是優(yōu)選使用氯化銀形 式的銀，其比較便宜。摻雜劑以及玻璃的小厚度促進(jìn)質(zhì)子/水合氫離子穿過(guò) 膜的遷移。此外，所述玻璃將防止其它離子和分子通過(guò)，并且由于其不導(dǎo) 電，因此電子不能從陽(yáng)極12經(jīng)過(guò)膜13傳遞至陰極11。
在圖2中所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，陰極ll、陽(yáng)極12和膜13具有小于lmm的厚度。陰極11和陽(yáng)極12具有平面?zhèn)龋⑶以陉帢O11和和陽(yáng)極12 上提供在板的基本上整個(gè)一側(cè)上產(chǎn)生液體的優(yōu)化流動(dòng)的所述表面結(jié)構(gòu)16， 同時(shí)中間膜13的兩側(cè)為平的。在圖1中所示的反應(yīng)器組件中單元1中的陽(yáng) 極12!的平面?zhèn)热缓笈c單元2中的陰極112的平面導(dǎo)電性支撐接觸(bearing contact)等等。顯然，反應(yīng)器單元l、 2、 3可具有陰極11、膜13和陽(yáng)極12， 其全部具有面向在鄰近板上的具有表面結(jié)構(gòu)16的一側(cè)的平面?zhèn)龋蚍粗?然，或者可具有陰極11和陽(yáng)極12,其具有面向膜13的平面?zhèn)?，所述?3 的兩側(cè)具有表面結(jié)構(gòu)16。
合適的是，陰極11和陽(yáng)極12為耐反應(yīng)物的導(dǎo)電材料例如不銹鋼的薄金 屬片，其具有約0.6mm 0.1mm，優(yōu)選約0.3mm的厚度。膜13中可能的表 面結(jié)構(gòu)16以及陰極11和陽(yáng)極12中的表面結(jié)構(gòu)可由具有波形橫截面的通道 構(gòu)成。所述通道合適地具有約2mm-3mm的寬度和約0.5mm ~ 0.05mm的 深度。在玻璃膜13中，例如通過(guò)蝕刻提供可能的表面結(jié)構(gòu)16，并且在陰極 和陽(yáng)極板11、 12中，其通過(guò)絕熱成型(也稱(chēng)為高沖擊成型)形成。例如可以 在美國(guó)專(zhuān)利No. 6,821,471中公開(kāi)的方式實(shí)現(xiàn)該成型。具有期望的表面結(jié)構(gòu) 或者流型并且通過(guò)高沖擊成型制造的板僅花費(fèi)其中流型通過(guò)切割操作制造 的板所花費(fèi)的約1/10。
圖3和4顯示一些不同的表面結(jié)構(gòu)或者流型16,其在板的基本上整個(gè) 一側(cè)上產(chǎn)生液體的優(yōu)化流動(dòng)。在圖3中，平行通道反復(fù)地橫向斷開(kāi)，使得 整個(gè)表面結(jié)構(gòu)由以菱形圖案布置的釘銷(xiāo)(pin)組成，形成通道16的柵格形系 統(tǒng)。最終，圖4表明還可使用平行的蛇形通道16。在其中不同的流程是可 能的所有情況下，應(yīng)該以從進(jìn)口到出口的相等長(zhǎng)度為目的。
優(yōu)選地，玻璃板13具有平面?zhèn)?，并且所述平面?zhèn)群线m地具有用于在燃 料電池或者反應(yīng)器中進(jìn)行陽(yáng)極反應(yīng)或者陰極反應(yīng)所必需的催化劑，并且有 利地所述催化劑融合(fUse)到膜另一側(cè)上的玻璃表面上。然后，還適合的是， 玻璃板13的另一側(cè)為平面，并且用于進(jìn)行陰極反應(yīng)或者陽(yáng)極反應(yīng)所必需的 催化劑融合到膜的另一側(cè)上的玻璃表面上。如圖2中所示，其中附帶地顯 示膜13在兩側(cè)上具有催化劑層14，這促進(jìn)具有相同的薄板型的具有一個(gè)平 面層和一個(gè)表面結(jié)構(gòu)側(cè)的電極11、 12的反應(yīng)器單元1、 2、 3的緊湊堆的構(gòu) 造，由此可實(shí)現(xiàn)高的功率密度。
如上所述，促進(jìn)第二個(gè)步驟中反應(yīng)的催化劑合適地由Si02、 Ti02和Ag組成。當(dāng)膜13由玻璃組成時(shí)，玻璃中已經(jīng)有Si02,并且因此僅僅必須單獨(dú) 地施力口 Ti02和Ag。
通過(guò)合適地融合到玻璃表面上，使催化劑免受機(jī)械破壞，同時(shí)維持提 供高的功率密度的緊湊構(gòu)造。通過(guò)激光，例如合適地在惰性氣氛中，進(jìn)行 融合，并且在融合前，催化劑顆粒當(dāng)然應(yīng)該制造得非常小，例如通過(guò)在球 磨機(jī)中研磨，以提高催化劑面積。
自然，催化劑也可由電極ll、 12之一或者兩者攜帶?；蛘?，催化劑的 至少一種，例如含有蒽醌和銀的催化劑，可例如布置在中間的單獨(dú)的碳纖 維氈載體(未示出)中。然而，這樣的布置將引起擴(kuò)散變慢，因此即使這種變 化是可能的其也是不太優(yōu)選的。
權(quán)利要求
1. 甲醇的制造方法，特征在于在燃料電池型反應(yīng)器的陰極(11)和陽(yáng)極(12)之間連接電壓，在第一個(gè)步驟(1)中，在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(a)的催化劑的同時(shí)，使該反應(yīng)器中的二氧化碳和水受到第一個(gè)所需的陰極反應(yīng)(a)CO2+2H3O++2e-→HCOOH+2H2O (a)將反應(yīng)產(chǎn)物從第一個(gè)步驟(1)送至第二個(gè)步驟(2)，并且在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(b)的催化劑的同時(shí)，進(jìn)行第二個(gè)所需的陰極反應(yīng)(b)HCOOH+2H3O++2e-→HCHO+3H2O (b)和將反應(yīng)產(chǎn)物從第二個(gè)步驟(2)送至第三個(gè)步驟(3)，并且在使用優(yōu)化用于反應(yīng)(c)的催化劑的同時(shí)，進(jìn)行第三個(gè)所需的陰極反應(yīng)(c).HCHO+2H3O++2e-→CH3OH+2H2O (c)。
2. 權(quán)利要求1的方法，特征在于單獨(dú)地將Ag催化劑或者將Ag催化劑 與Ti02和/或Te —起用于所述第 一個(gè)步驟中的陰極反應(yīng)。
3. 權(quán)利要求1或2的方法，特征在于將Si02和Ti02及Ag催化劑一起 用于所述第二個(gè)步驟中的陽(yáng)極反應(yīng)。
4. 權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的方法，特征在于單獨(dú)地將含有60-94%Ag、 5-30 % Te和/或Ru及1-10 % Pt的催化劑或?qū)⒃摯呋瘎┡cAu和/或Ti02 —起， 優(yōu)選以90: 9: 1的比例，用于所述第三個(gè)步驟中的陽(yáng)極反應(yīng)。
5. 權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的方法，特征在于將作為在陽(yáng)極處的還原劑 的水與炭黑、蒽醌和Ag催化劑一起用于以下在各步驟(l-3)中的陽(yáng)極反應(yīng)(d)4H20 — H202+2H30++2 e- (d)。
6. 權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的方法，特征在于在所述反應(yīng)器中具有串聯(lián) 連接流動(dòng)的三個(gè)單元(1，2,3)中進(jìn)行所述三個(gè)反應(yīng)步驟。
7. 權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的方法，特征在于在各個(gè)單獨(dú)的步驟中以彼 此化學(xué)計(jì)量平衡保持陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)的反應(yīng)。
8. 用于從二氧化碳和水制造曱醇的燃料電池型反應(yīng)器，包括具有陰極 (1 l)和用于陰極反應(yīng)的催化劑的陰極側(cè)、具有陽(yáng)極(12)和用于陽(yáng)極反應(yīng)的催 化劑的陽(yáng)極側(cè)、以及將所述陽(yáng)極側(cè)和所述陰極側(cè)分開(kāi)的中間膜(13),其特征 在于將所述反應(yīng)器分為具有串聯(lián)連接流動(dòng)的多個(gè)燃料電池型反應(yīng)器單元(1，2,3)以進(jìn)行多級(jí)陰極反應(yīng)，其中各單元(1，2，3)具有優(yōu)化用于將在所述單元 中進(jìn)行的反應(yīng)步驟的催化劑。
9. 權(quán)利要求8的反應(yīng)器，特征在于在所述陰極側(cè)，所述第一單元(l) 具有單獨(dú)的Ag催化劑或者Ag催化劑與Ti02和/或Te —起用于進(jìn)行下列陰 極反應(yīng)(a)<formula>formula see original document page 3</formula> (a) 所述第二單元(2)具有Si02和Ti02及Ag催化劑用于進(jìn)行下列陰極反應(yīng)(b)<formula>formula see original document page 3</formula>(b) 和所述第三單元(3)具有單獨(dú)的含有60-94%Ag、 5-30%Te和/或Ru及l(fā)-10。/。Pt的催化劑或者該催化劑與Au和/或Ti02—起，優(yōu)選以90: 9: l的比例，用于進(jìn)行下列陰極反應(yīng)(c)<formula>formula see original document page 3</formula>(c)。
10. 權(quán)利要求9的反應(yīng)器，特征在于所有單元(1，2，3)設(shè)計(jì)用于使用液體 還原劑。
11. 權(quán)利要求10的反應(yīng)器，特征在于在所述陽(yáng)極側(cè)，所有單元(1，2，3) 具有炭黑、蒽醌和Ag催化劑用于在下列陽(yáng)極反應(yīng)(d)中使用水作為液體還原 劑和制造過(guò)氧化氫<formula>formula see original document page 3</formula>(d)。
12. 權(quán)利要求8-11中任一項(xiàng)的反應(yīng)器，特征在于所述膜(13)為用于在所 述陰極側(cè)和/或所述陽(yáng)極側(cè)上的催化劑的載體。
13. 權(quán)利要求8-12中任一項(xiàng)的反應(yīng)器，特征在于所述陰極(ll)、所述陽(yáng) 極(12)和所述膜(13)為彼此附著并具有小于lmm厚度的薄板，所述膜(13)的 兩側(cè)為平面的，并且所述陰極(11)和所述陽(yáng)極(12)具有一個(gè)平面?zhèn)群鸵粋€(gè)面 向所述膜(13)并具有表面結(jié)構(gòu)(16)的相反側(cè)，所述表面結(jié)構(gòu)(16)在所述板的 基本上整個(gè) 一側(cè)上產(chǎn)生液體的優(yōu)化流動(dòng)。
14. 權(quán)利要求13的反應(yīng)器，特征在于所述表面結(jié)構(gòu)由具有波形橫截面 的通道(16)組成。
15. 權(quán)利要求14的反應(yīng)器，特征在于所述薄的陰極和陽(yáng)極板(11，12)由 具有約0.6mm 0.1mm、優(yōu)選約0.3mm的厚度的金屬片組成，并且所述通 道(16)具有約2mm~ 3mm的寬度和約0.5mm~ 0.05mm的深度。
16. 權(quán)利要求8-15中任一項(xiàng)的反應(yīng)器，特征在于所述膜(13)由玻璃組成。
17. 權(quán)利要求16的反應(yīng)器，特征在于摻雜所述玻璃以允許質(zhì)子/水合氫 離子通過(guò)。
全文摘要
在燃料電池型反應(yīng)器中，從二氧化碳和水制造甲醇。所述反應(yīng)器包括具有陰極(11)和用于陰極反應(yīng)的催化劑的陰極側(cè)、具有陽(yáng)極(12)和用于陽(yáng)極反應(yīng)的催化劑的陽(yáng)極側(cè)、以及將所述陰極側(cè)和所述陽(yáng)極側(cè)分開(kāi)的中間膜(13)。此外，將所述反應(yīng)器分成串聯(lián)流動(dòng)連接的多個(gè)單元(1，2，3)用于進(jìn)行多步陰極反應(yīng)，其中各個(gè)單元具有優(yōu)化用于將在所述單元中進(jìn)行的反應(yīng)步驟的催化劑。在所述方法中，在陰極(11)和陽(yáng)極(12)之間連接電壓，并且在第一步驟中使二氧化碳受到第一個(gè)所需的陰極反應(yīng)，其中二氧化碳還原為甲酸，在第二個(gè)步驟中甲酸還原為甲醛和水，并且在第三個(gè)步驟中甲醛還原為甲醇。通過(guò)使用所收集的二氧化碳制造隨后可有利地用作車(chē)輛中的DMFC型燃料電池中的燃料的甲醇，可實(shí)現(xiàn)必須沉積的二氧化碳的量的顯著減少。此外，在陽(yáng)極(12)處，水氧化為過(guò)氧化氫，其可有利地用作DMFC型燃料電池中的氧化劑。
文檔編號(hào)C07C29/159GK101479222SQ200780019335
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月16日
發(fā)明者奧洛夫·達(dá)爾伯格, 阿爾夫·拉森 申請(qǐng)人:莫菲克科技股份公司