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二氧化碳的捕獲、儲存和利用已被廣泛研究，以實現(xiàn)CO 2 零排放并解決氣候變化問題。熔鹽電解是一種很有前途的方法，可以以高電流效率同時捕獲CO 2并將其轉(zhuǎn)化 為有價值的碳材料和氧氣，從而提供有前景的正現(xiàn)金流。然而，這種方法仍需要對未來的放大應(yīng)用進行研究。一組科學(xué)家審查了熔鹽CO 2 電解的工藝機制、鹽的選擇以及操作條件(包括溫度和電壓)的影響。該工作于2023年6月6日發(fā)表在《工業(yè)化學(xué)與材料》上 。
“碳捕獲、儲存和利用的研究對于當(dāng)前的氣候變化危機至關(guān)重要，”加拿大安大略省倫敦西部大學(xué)教授鄭英說，“在這篇綜述中，我們梳理了CO 2 排放源，并討論 了新型熔鹽CO 2 電解以碳同時捕獲和轉(zhuǎn)化為最大排放場所的發(fā)電廠煙氣?？偨Y(jié)了多種操作條件，以提供最新信息和指導(dǎo)。還提到了挑戰(zhàn)和缺點的展望未來的工作。”
這種熔鹽系統(tǒng)具有多種優(yōu)點，包括高電流效率、所產(chǎn)生的碳的簡單固體分離、工程碳納米結(jié)構(gòu)和正現(xiàn)金流。電解系統(tǒng)的主要組成部分是電解質(zhì)、陰極和陽極。優(yōu)選碳酸鹽作為電解質(zhì)，以更好地保留 CO 2 與氯化物相比，吸收能力和更高的電流效率。為了避免金屬沉積副反應(yīng)并實現(xiàn)較低的熔點，鋰、鈉和鉀的碳酸鹽被廣泛組合和使用。通常添加添加劑，特別是氧化物，以增加氯化物中的氣體吸附，并且還通過各種添加劑的材料和量影響碳納米結(jié)構(gòu)。陰極材料也能夠影響碳的形態(tài)，常用的選擇是鐵、鎳、鉑、它們的金屬氧化物和合金。陽極通常采用耐久性和抗腐蝕能力強的材料，例如析氧金屬氧化物和合金。溫度和電壓是兩個重要的操作參數(shù)，因為它們控制電解的活化能。較高的溫度會抑制碳的形成，但會提高二氧化碳的產(chǎn)量。恒流或恒壓電解是電解系統(tǒng)使用的主要技術(shù)。電壓的研究不僅關(guān)注電解電勢，還關(guān)注能量消耗。
然而，熔鹽CO 2 電解留下了一些研究空白。第一個挑戰(zhàn)是系統(tǒng)規(guī)模擴大，因為當(dāng)前的研究是在實驗室規(guī)模上進行的。此外，還應(yīng)研究電解、高操作溫度和液態(tài)碳酸鹽下電極和設(shè)備的腐蝕。電解系統(tǒng)連續(xù)運行的耐久性和連續(xù)性尚未見報道。工程分析尚未進行徹底，無法為未來的商業(yè)化提供更多信息，包括整個工藝流程設(shè)計、質(zhì)量和能量平衡、經(jīng)濟分析等。其他挑戰(zhàn)包括電極表面積和形狀的設(shè)計、均勻的碳形貌、碳沉積速率研究、氣體雜質(zhì)等。
鄭英教授表示：“這篇綜述的主要目標是更新當(dāng)前熔鹽電解在CO 2 捕集和轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究，涵蓋其目的、優(yōu)勢、機制、新穎的研究成果以及未來的研究展望 。 ”
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