• Главная
  • Лента новостей 1
  • Лента новостей 2
  • Статьи
  • Календарь событий
  • Образование
  • Финансирование
  • Открытые инновации
  • Шоу-рум
  • О проекте
  • Партнеры
  • Добавить публикацию
  • Сервисы
  • Реклама
  • hello@technovery.com
  • telegram
  • vk
technovery
Нет результатов
Все результаты
technovery
Нет результатов
Все результаты

Проводящая мембрана помогла уменьшить потери углекислого газа при электролизе

21 апреля, 2022
Наука
Проводящая мембрана помогла уменьшить потери углекислого газа при электролизе

Химики из США нашли способ уменьшить потери углекислого газа в процессе электролитического восстановления. Они использовали проводящую протоны мембрану, чтобы карбонат-анионы не успевали перемещаться в анодное пространство и смешиваться с кислородом. В результате конверсия углекислого газа возросла, пишут ученые в Nature Catalysis.

Углекислый газ можно превращать в ценные органические соединения с помощью электролиза. Химики уже нашли электрокатализаторы, чтобы селективно получать из него угарный газ, этилен и даже пропанол. В процессе электролитического восстановления углекислый газ на катоде превращается в органический продукт, а параллельно с ним образуются два гидроксид-аниона. Одновременно на аноде молекулы воды окисляются до кислорода, а на каждую окисленную молекулу воды выделяется два гидратированных протона. Так, в раствор около анода переходит много гидратированных ионов H+, и он становится более кислым. Напротив, в раствор около анода переходят ионы OH-, и среда становится более щелочная.

Когда при электролизе углекислый газ попадает в щелочную среду около анода, он частично растворяется и реагирует с гидроксид-анионами, при этом образуются карбонат-анионы CO32-. Они остаются в растворе и постепенно могут проникать в анодное пространство. Там из-за кислой среды они превращаются в неустойчивую угольную кислоту, которая распадается на воду и углекислый газ. В итоге часть углекислого газа оказывается в смеси с кислородом, который тоже выделяется на аноде. Эту смесь газов нельзя снова вводить в электролиз, потому что кислород будет мешать восстановлению. В итоге часть углекислого газа теряется зря, а эффективность процесса падает.

Схема перехода углекислого газа в анодное пространство/ Wang Haotian et al. / Nature Catalysis, 2022

Ван Хаотян (Wang Haotian) и его коллеги из Университета Райса занялись проблемой перехода углекислого газа в анодное пространство. Сначала они провели модельную реакцию электролиза. CO2 восстанавливали до CO в присутствии нанопроволок серебра. Химики проанализировали смесь газов, которая выделилась на аноде, с помощью газовой хроматографии. Оказалось, что углекислого газа в ней в два раза больше, чем кислорода. То есть примерно половина растворенного углекислого газа не вступает в реакцию электролиза, а превращается в карбонат анионы, и затем выделяется обратно в смеси с кислородом.

Чтобы преодолеть эту проблему, химики предложили установить между катодом и анодом твердую полимерную мембрану с сульфонатными группами, через которую могут быстро проникать протоны из анодного пространства. Ученые подумали, что в таком случае карбонат-анионы будут превращаться в углекислый газ заранее, не доходя до анода.

Чтобы проверить свою гипотезу, химики собрали электролизер с полимерной проводящей мембраной, которую во время электролиза постоянно промывали водой. Эту воду затем титровали на содержание разных форм углекислого газа. А газ из мембраны, который в воде не растворялся, собирали методом вытеснения воды. Электролиз проводили при значениях тока от 50 до 500 миллиампер на квадратный сантиметр, а в качестве катализатора снова использовали нанопроволоки серебра. Химики измерили объем выделяющегося на мембране газа при разных значениях тока и сравнили его с теоретическими значениями. Оказалось, что им удалось собрать от 90 до 100 процентов газа при разных значениях тока. При этом газовая хроматография показала, что выделяющийся газ на 99 процентов состоит из CO2, и его можно снова вводить в электролиз.

Установка для анализа конверсии углекислого газа и состава продуктов/ Wang Haotian et al. / Nature Catalysis, 2022

Далее химики изменили свою установку. Теперь весь газ, который выделялся на мембране, направлялся обратно в катодное пространство. При этом ученые измеряли конверсию CO2 и выход по току. Когда химики уменьшали поток углекислого газа, выход по току падал, зато конверсия увеличивалась, а когда поток становился больше — наоборот.

В результате авторам удалось достичь конверсии углекислого газа в 91 процент при выходе по току в 60 процентов. Скорость потока углекислого газа при этом составляла 2,6 миллилитра в минуту. Также ученым удалось поддерживать конверсию углекислого газа в 60 процентов при выходе по току в 85 процентов. Так удалось сохранить баланс между высоким выходом и большей, по сравнению с уже известными системами, конверсией.

Столбцами показан выход по току в зависимости от скорости потока CO2, а точками — конверсия/ Wang Haotian et al. / Nature Catalysis, 2022

Изображение: Установка для электролитического восстановления углекислого газа. В прямоугольнике — микрофотография нанопроволок серебра. Wang Haotian et al. / Nature Catalysis, 2022

 

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com

 

Source: N + 1
Via: Михаил Бойм
Теги: CO2МембранаПереработка CO2Электрохимия

Related Posts

Мембраны для водородных двигателей будут производить в России
Наука

Мембраны для водородных двигателей будут производить в России

25 апреля, 2023
CO2 теперь хранится в бетоне
Технологии

CO2 теперь хранится в бетоне

10 февраля, 2023
Квантовая физика и электрохимия открывают методы защиты стали от коррозии в реакторах нового типа
Наука

Квантовая физика и электрохимия открывают методы защиты стали от коррозии в реакторах нового типа

1 февраля, 2023
Загрузить больше

Технологии

Робототехника
Беспилотники
Машинное обучение
AI
Транспорт
Материалы
ВИЭ
Интернет вещей
Микроэлектроника
Оптика
Носимые устройства

Смотреть все »

Запросы

Старт отбора по применению инновационных технологий в строительстве. Заявки на участие принимаются до 10 июля

ФРИИ и облачный сервис МойСклад: поиск B2B стартапов в области автоматизации торговли и производства. Подать заявку можно до 07 июля

Технологический конкурс «Беспилотные логистические перевозки». 1й этап завершается до 30 августа

Московский экспортный центр помогает запустить экспорт в интересующие страны

Программа пилотирования инноваций Почты России

Станьте участником программы по внедрению инновационных решений на предприятиях Группы ТМК

Цифровая трансформация бизнеса в регионах: потенциал отечественной ИТ-индустрии. 14 июня
Конференция

Цифровая трансформация бизнеса в регионах: потенциал отечественной ИТ-индустрии. 14 июня

1 июня, 2023

© 2022 technovery

  • hello@technovery.com
  • Условия использования
  • Политика конфиденциальности
Нет результатов
Все результаты
  • Главная
  • Лента новостей 1
  • Лента новостей 2
  • Статьи
  • Календарь событий
  • Образование
  • Финансирование
  • Открытые инновации
  • Шоу-рум
  • Карта технологий
  • О проекте
  • Партнеры
  • Добавить публикацию
  • Сервисы
  • Реклама
  • hello@technovery.com

© 2022 technovery