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斯坦福大学开发出新电解技术促进二氧化碳的转化、利用

来源:材料科技在线|

发表时间:2018-10-29

点击:18532

这幅图是对电解过程的再现,该过程可以将二氧化碳转化为高浓度的碳产品 图片来源:瑞帕蒂等


斯坦福大学(Stanford University)的科学家们开发出一种电化学电解槽,可以非常高效地将二氧化碳分解出的一氧化碳(CO)转化为商用活性化合物。他们的研究成果发表在10月25日的“Joule”杂志上,他们的工作为捕获二氧化碳并将其转化为化学原料提供了一种新的方法。


缓解气候变化的方法有很多,其中一个极具吸引力的选择就是从排放的气体中捕获二氧化碳。这个方法实施起来花费极大,而且最终获得的是一种没有商业价值的产品。不过,科学家可以通过使用电解技术提升捕获的二氧化碳的价值,这种技术利用电流分解二氧化碳,将其转化为更理想的产品,如用于聚合物生产的乙烯或作为化学合成试剂的乙酸盐等。


斯坦福大学化学副教授,文章的作者马修·卡南(Matthew Kanan)表示:“乙烯、乙酸和乙醇等C2产品,天生比甲烷等C1产品更有价值,因为它们是有广泛用途的化学原料。”


从商业角度上看,虽然将二氧化碳转化为一氧化碳是可行的,但是开发出能够满足工业规模上的从CO中生产C2产品的技术仍然是一个挑战。能够用较低的能量消耗实现以较高的速度将CO转化为产品的电解方案,才是经济有效的。旧的电解工艺需要过量的CO才能达到较高的电解速率,这需要对密度原本就很低的产物进行浓缩和净化,要消耗更多的能量才能满足这个条件。


卡南和他的团队制造的电化学电解槽通过采用新的设计来解决这些低效问题,这种设计可以产生浓缩的乙烯气体和乙酸钠溶液,比以前的电解工艺所获得的产品浓度高出1000倍。该电解槽采用气体扩散电极(GDE),结合精心设计的流场,极大地提高了CO向电极表面的输送能力和消除产物的能力。该研究小组还通过直接将GDE与膜连接,从而消除了对电解槽中电解质溶液的需求。最终的结果是乙烯和浓乙酸溶液都在电极上产生,然后被一个单向的蒸汽流从电解槽中扫出来。


卡南表示:“在此之前,还没有电解工艺可以同时实现高电解速率、高CO转化率和浓缩产品流。”


该团队目前正在进行中试实验,以确定是否需要修改实验室设计才能在工业规模上成功应用。他们同时希望最终能够将自己的CO电解槽与现有的二氧化碳转化为CO的技术结合起来。该装置还可用于空间探索,特别是用在无法从地球获取补给的深空任务中。该研究小组同美国宇航局艾姆斯研究中心约翰霍根领导的研究人员进行合作,正致力于把电化学合成与微生物合成结合起来,将宇航员呼出的二氧化碳再循环到食物和营养补给品里面


这项研究得到了美国宇航局和全球气候与能源项目的支持。


文章来自:ScienceDaily,原文题目:Efficient electrochemical cells for carbon dioxide conversion,由材料科技在线汇总整理。

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