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将 CO2 转化为乙醇

更新时间:2024-06-28点击次数:156

CO2涉及许多的制造和化学应用,它被认为是全球变暖的主要原因,导致地球大气圈CO2温室气体增加的主要原因是人类对化石燃料的燃烧。因此,近年来有很多研究致力于开发更高效的方法,通过碳捕获、封存和转化来减少CO2排放。


相反,乙醇是大家熟知的麻醉剂、消毒剂和能源。事实上,现代汽油燃料中约有大约10%的混合乙醇,主要来自玉米生物质。基于这些原因,乙醇本身就具有很高的价值,每吨交易价格约为1000美元,全球市场规模每年约为750亿美元。


在2020年,研究人员开发了一种高效节能、变动成本低、碳中和或碳负担的电化学过程,可直接将二氧化碳转化为乙醇。由于现代乙醇供应的大部分来自生物质,大规模采用CO2转化作为替代乙醇生产技术,有助于降低酒精和食品成本,同时减少CO2对全球变暖的影响。


下面我们将深入描述这种这种转化过程,以及Alicat的质量流量控制器如何用于优化该过程。


电催化CO2还原制乙醇

CO2还原反应途径

使用适合带隙对齐或兼容的金属和半导体纳米颗粒制成的不同电催化剂,可以在可见光照射下产生一系列有价值的燃料和化学品。通过改变所使用的半导体和金属的配置,可以产生不同的化学物质。值得注意的是,铜催化剂会产生各种类型的终端产品,包括各种有价值的碳氢化合物和氧化物。


在一些配置中,这些反应发生在电解池中,而在其他配置中,它们发生在阳极和阴极之间的电解介质中。在一些系统设计中,在电解之前向CO2喷射去离子水以对其进行加湿,确保更均匀的发电以保持系统更健康。


当使用铜催化剂时,通过控制电解质pH、电极电位、分子添加剂和电解质阳离子设计等变量,可以定制CO2 RR途径的活性和选择性,从而生产不同的最终产物,例如乙烯(C2H4 )、乙醇(C2H5OH)、丙醇(C3H7OH)。


91% FE CO2转化为乙醇的过程  

阿贡国家实验室纳米材料中心和 APS 开发了一种高效的CO2制乙醇工艺。他们的过程使用碳负载铜催化剂,在仅-0.7 V电位(相对于可逆氢电极)下实现了低功耗、低成本的CO2转化为乙醇途径,其FE高达91%,起始电位低至-0.4 V(可逆氢电极)。


在这种配置中,纯净的CO2被加入到一个6.8 pH的电化学池中,该池包含涂有特殊单原子碳负载铜电催化剂的石墨烯片,作为工作电极,还有一个Ag/AgCl参比电极和一个铂丝对电极。0.1 M KHCO3溶液用作电解质。整个测试过程中,保持持续的CO2流量,为每分钟30标准立方厘米(sccm),持续4,000秒。

将 CO2 转化为乙醇


使用 Alicat 设备控制CO2电解流量

Alicat 的MC 系列质量流量控制器旨在优化CO2流量,除了持续监控工作压力和温度外,还可以在宽泛的流量范围内保持可重复且准确的数据和控制,从而实现更精确的电化学电池操作和测试条件。


l 流量精度高达±0.6%读数 或 ±0.1% F.S.

l 重复性高达± 0.1% 读数 + 0.02% F.S.


Alicat 的CODA KC 系列科里奥利质量流量控制器适用于高湿度液体或气体流量控制,可广泛用于各种不同类型的电解系统。此外,CODA KC系列适用于宽范围的高低压力,可以使用同一设备来控制不同的流体混合物。CODA流量控制器适用于实验中使用的宽泛的流量范围,量程范围为40 g/h-100 kg/h。


l 液体流量精度高达±0.6%读数 或 ±0.2% F.S.,重复性仅为 ±0.1% F.S.

l 气体流量精度高达±1%读数 或 ±0.2% F.S.,以较大者为准。