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我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)廢水無(wú)能耗生產(chǎn)氯氣
  發(fā)布日期:2026-01-15

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所研究團(tuán)隊(duì)提出廢水無(wú)能耗生產(chǎn)氯氣的方法,利用氯化物鹽水中的固有滲透能和氯離子,自發(fā)生產(chǎn)氯氣。該方法無(wú)需外部能源輸入,同時(shí)可回收酸并副產(chǎn)氫氣,有望大幅降低氯氣生產(chǎn)的碳足跡和成本。近日,相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》。

為確保回收酸的純度并抑制電極上金屬離子的還原副反應(yīng),研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了磺化共價(jià)有機(jī)框架(COF)膜,該膜材料具有豐富的磺酸基團(tuán),能借助水分子形成氫鍵網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)質(zhì)子快速傳輸?shù)耐瑫r(shí),有效阻隔重金屬離子和有機(jī)污染物。

為維持系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行,氯離子和質(zhì)子必須以相同速率從廢酸傳輸?shù)交厥账嶂校荒芡瑫r(shí)通過(guò)膜以避免抵消離子電流。研究團(tuán)隊(duì)采取分離傳輸方式,氯離子通過(guò)Ag/AgCl電極可逆電化學(xué)反應(yīng)有效傳輸,而膜僅允許質(zhì)子通過(guò)。這種方式使氯離子反應(yīng)產(chǎn)生的氧化還原電位,與質(zhì)子選擇性擴(kuò)散形成的擴(kuò)散電位相疊加,顯著提升了系統(tǒng)的發(fā)電性能,并加快了質(zhì)子與氯離子的傳輸。

滲透能捕獲性能直接決定了氯氣生產(chǎn)的效率,研究人員還系統(tǒng)探究了在不同濃度梯度下系統(tǒng)的滲透能捕獲能力。

通過(guò)串聯(lián)多組發(fā)電單元構(gòu)建裝置,研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了氯氣和氫氣的自發(fā)生產(chǎn)。與傳統(tǒng)電解工藝相比,該系統(tǒng)無(wú)需外部電力輸入,大幅降低了氯氣生產(chǎn)的碳排放和成本。該方法具有良好的適用性,已在模擬脫鹽廢水中驗(yàn)證氯氣生產(chǎn),并有望擴(kuò)展至硝酸鹽廢水,實(shí)現(xiàn)氨氣等其他關(guān)鍵化學(xué)品的自發(fā)生產(chǎn)。

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