利用废弃电路板电还原CO2制合成燃料的方法

利用废弃电路板电还原co2制合成燃料的方法
技术领域
1.本发明涉及co2电还原技术领域，尤其是一种利用废弃电路板电还原co2制合成燃料的方法。


背景技术：

2.根据由政府间气候变化专门委员会(ipcc)发表的报告，化石燃料的使用提供了人类80％以上的能源需求，使用化石能源向大气中排放了大量的温室气体，大气中56.6％的co2气体是由化石能源燃烧产生。随着co2等温室气体排放的增加，已造成全球气候异常以及海洋酸化等问题。为了解决上述两个问题，为了人类社会的可持续健康发展，可再生能源物质的开发及对co2气体捕集和利用是近年来科学界最为关心的话题，而电还原co2在co2转化利用中占有着举足轻重的地位。
3.co2在不同种类的电极材料上有着截然不同的反应路径，一般而言，在pb、hg、cd、bi电极上主要生成hcooh，在au、ag、zn、pd和ga电极上主要生成co，而在ni、fe、pt和ti这些材料表面的主要产物是h2，而cu是唯一一种可催化还原co2还原为c
2
类产物的催化剂，这使得铜基材料在co2电还原反应中占据着独特的地位。但是现有技术中，铜基材料应用在co2电还原反应中存在成本高、制备不方便等问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供一种利用废弃电路板电还原co2制合成燃料的方法，目的是提高产物价值、降低co2电还原反应阴极材料的成本。
5.本发明采用的技术方案如下：
6.一种利用废弃电路板电还原co2制合成燃料的方法，预处理废弃电路板，使金属活性位点裸露；将预处理后的废弃电路板用作阴极，在电解池中进行电还原co2，以制备合成燃料。
7.进一步技术方案为：
8.所述废弃电路板为铜基废弃电路板，所述金属活性位点包括铜。
9.所述铜基废弃电路板的内部电流通道畅通或者不畅通，内部电流通道的铜基废弃电路板直接用作阴极电极，内部电流通道不畅通的铜基废弃电路板采用碳纸辅助后用作阴极电极。
10.所述将预处理后的废弃电路板用作阴极，在电解池中进行电还原co2，以制备合成燃料，包括：
11.将预处理后的废弃电路板用作阴极电极，放入阴极电解液中；
12.密封电解池，向阴极通co2进行电解液预饱和并活化工作电极；
13.活化完成后，持续通入co2，进行恒电位电解，即得到合成燃料。
14.所述阴极电解液为nahco3溶液和nacl溶液中的一种，电解液浓度为0.5～3mol/l。
15.向阴极通co2进行电解液预饱和的时间为30～40min。
16.恒电位电解的电位值为-2.0～-1.5v，电解时间90～120min。
17.所述预处理废弃电路板，包括在乙醇和水混合溶液中进行清洗，并使用超声辅助清洗。
18.所述预处理废弃电路板，还包括采用稀酸进行酸洗，稀酸浓度为0.5～6mol/l，酸洗时间为5～30min。
19.所述稀酸包括稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、稀氢氟酸中的一种或多种。
20.本发明的有益效果如下：
21.本发明利用废弃电路板自身所具有的导电性能，经简单设计和改造即可作为电极，放入电解池中用作电极催化，简易方便，产物价值高。废弃电路板的平均价格为15元/公斤，使用废弃电路板还原co2，价格低廉，同时实现了废旧资源的再利用。
22.本发明为电化学还原co2提供了一种新的思路，基本所有的电路板经稍加处理后，都可进行co2的电还原催化。
23.由于废弃电路板特别是铜基电路板中cu所占的比重较大，具有铜基催化剂制备多碳产物(c
2
)特有效果的同时，也可与其他金属共作用，如fe、sn、ni等，共同促进co2还原获得单碳及多碳产物。
24.废弃电路板上cu、fe、sn、ni等金属作为催化剂，还原co2的过程中，不会产生自身的损耗，进而不影响废弃电路板上的贵重金属和稀有金属的提炼回收，对电路板的后续处理影响甚微。
25.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
具体实施方式
26.以下说明本发明的具体实施方式。
27.废弃电路板是主要由高分子聚合物(树脂)、玻璃纤维或牛皮纸及高纯度铜箔以及印制元件构成的复合材料，电路板中金属含量占50％左右，仅cu的含量就在20％，此外还有少量的贵金属和稀有金属。废弃铜基电路板的含铜量更高，且大多裸露在表面，电路板又按一定的纹路具有导电性。因此，本技术的利用废弃电路板电还原co2制合成燃料的方法，将废弃电路板用作反应电极，利用电路板上的cu、以及sn、fe、ni等金属作为共催化剂电还原co2，得到ch4、co、多碳产物等合成燃料，实现了废物的再利用，绿色环保。
28.具体实施时，需要对废弃电路板进行预处理，使金属活性位点裸露：然后将预处理后的废弃电路板用作阴极，在电解池中进行电还原co2，以制备合成燃料。
29.废弃电路板优选为铜基电路板，金属活性位点包括铜。
30.具体实施时，铜基废弃电路板的内部电流通道畅通或者不畅通，内部电流通道的铜基废弃电路板直接用作阴极电极，内部电流通道不畅通的铜基废弃电路板采用碳纸辅助后用作阴极电极。
31.以下以具体实施例进一步说明本技术的利用废弃电路板电还原co2制合成燃料的方法。
32.其中，实施例6至实施例8、实施例14至实施例16、实施例22至实施例24记载了采用内部电流通道不畅通的铜基废弃电路板，利用碳纸辅助后作为阴极电极的实施方式。其余
实施例记载了内部电流通道畅通的铜基废弃电路板，直接用作阴极电极的实施方式。
33.实施例1
34.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.5(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min，通过gc和1h-nmr测定co2电还原产物。结果为：单碳产物的法拉第效率为17.63％，多碳产物的法拉第效率为1.20％。
35.实施例2
36.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀硫酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.6(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为34.18％，多碳产物的法拉第效率为4.46％。
37.实施例3
38.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀硝酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.7(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为42.89％，多碳产物的法拉第效率为8.07％。
39.实施例4
40.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀氢氟酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/lnahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.8(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为46.19％，多碳产物的法拉第效率为14.73％。
41.实施例5
42.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.9(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为48.95％，多碳产物的法拉第效率为16.0l％。
43.实施例6
44.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将上述预处理后
的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次。将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.8(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为23.94％，多碳产物的法拉第效率为3.75％。
45.实施例7
46.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将上述预处理后的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次。
47.将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.9(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为17.90％，多碳产物的法拉第效率为2.95％。
48.实施例8
49.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用0.5mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面30min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。将上述预处理后的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次，制备成与碳纸粘结废铜基弃电路板催化电极。
50.将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和30min的0.5mol/l nacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-2.0(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原120min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为10.67％，多碳产物的法拉第效率为1.73％。
51.实施例9
52.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用3mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面20min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
53.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和35min的2mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.5(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原105min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为19.43％，多碳产物的法拉第效率为2.17％。
54.实施例10
55.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用3mol/l稀硫酸溶液预处理电路板表面20min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
56.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和35min的2mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.6(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原105min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为27.16％，多碳产物的法拉第效率为5.63％。
还原105min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为25.99％，多碳产物的法拉第效率为6.38％。
74.实施例16
75.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用3mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面20min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
76.将上述预处理后的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次。
77.将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和35min的2mol/lnacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-2.0(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原105min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为19.63％，多碳产物的法拉第效率为3.34％。
78.实施例17
79.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
80.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.5(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为21.55％，多碳产物的法拉第效率为3.43％。
81.实施例18
82.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀硫酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
83.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.6(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为28.11％，多碳产物的法拉第效率为5.99％。
84.实施例19
85.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀硝酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
86.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.7(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为37.46％，多碳产物的法拉第效率为10.88％。
87.实施例20
88.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀氢氟酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
89.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.8(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为
46.33％，多碳产物的法拉第效率为20.02％。
90.实施例21
91.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
92.将预处理后的废弃铜基电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nahco3的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.9(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为52.09％，多碳产物的法拉第效率为23.01％。
93.实施例22
94.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
95.将上述预处理后的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次。
96.将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/lnacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.8(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为33.56％，多碳产物的法拉第效率为9.99％。
97.实施例23
98.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
99.将上述预处理后的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次。
100.将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-1.9(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为28.11％，多碳产物的法拉第效率为7.56％。
101.实施例24
102.首先使用乙醇/水混合溶剂清洗废弃铜基电路板，而后使用6mol/l稀盐酸溶液预处理电路板表面5min，裸露出铜基表面，用去离子水冲洗后烘干备用。
103.将上述预处理后的电路板沿厚度方向纵向切开，剪取与电路板相同大小的碳纸，以含银环氧树脂导电胶为粘黏剂，将碳纸与被切面的电路板粘结，烘干后用去离子水冲洗4～5次。
104.将与碳纸粘结废铜基弃电路板放入盛有经过co2预饱和40min的3mol/l nacl的h型电解池中，持续通入co2并采用恒电位电解的方法，在-2.0(v vs.rhe)电压条件下电催化co2还原90min。通过gc和1h-nmr测定其产物成分。结果为：单碳产物的法拉第效率为20.09％，多碳产物的法拉第效率为4.45％。
105.本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用
于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。