A clean and membrane-free chlor-alkali process with decoupled Cl(2) and H(2)/NaOH production.
A clean and membrane-free chlor-alkali process with decoupled Cl(2) and H(2)/NaOH production.
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一种清洁、无膜的氯碱工艺，可分离 Cl-2 和 H-2/NaOH 生产
DOI：
10.1038/s41467-018-02877-x
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发表时间：
2018-01-30
影响因子：
16.6
通讯作者：
Xia Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Hou M;Chen L;Guo Z;Dong X;Wang Y;Xia Y
现有的氯碱工艺一般使用石棉、汞或含氟的离子交换膜来分离阳极上同时产生的氯和阴极上同时产生的氢，并在电解质中形成氢氧化钠。在这里，使用Na+脱嵌/嵌入的Na0.44MnO2电极作为氧化还原介体，我们解耦的氯碱过程分为两个独立的步骤：H2生产步骤与NaOH形成的电解质和Cl 2生产步骤。第一步涉及阴极析氢反应（H2O → H2）和阳极Na+脱嵌反应（Na0.44MnO2 → Na0.44− xMnO 2），在此期间，在电解质溶液中产生NaOH。第二步取决于阴极Na+嵌入反应（Na0.44− xMnO 2 → Na0.44MnO2）和阳极Cl 2生成（Cl → Cl 2）。两步循环提供了一个无膜过程，这是一个潜在的清洁氯碱技术的发展方向。氯碱工艺是生产化学品的重要工业过程，但通常需要使用危险化学品作为膜材料。在这里，作者展示了清洁的无膜氯碱电解，其中氯气析出和氢气/氢氧化钠生产完全解耦。
Existing chlor-alkali processes generally use asbestos, mercury or fluorine-containing ion-exchange membranes to separate the simultaneous chlorine production on the anode and hydrogen production on the cathode, and form sodium hydroxide in the electrolyte. Here, using the Na+ de-intercalation/intercalation of a Na0.44MnO2 electrode as a redox mediator, we decouple the chlor-alkali process into two independent steps: a H2 production step with the NaOH formation in the electrolyte and a Cl2 production step. The first step involves a cathodic H2 evolution reaction (H2O → H2) and an anodic Na+ de-intercalation reaction (Na0.44MnO2 → Na0.44−xMnO2), during which NaOH is produced in the electrolyte solution. The second step depends on a cathodic Na+ intercalation reaction (Na0.44−xMnO2 → Na0.44MnO2) and an anodic Cl2 production (Cl → Cl2). The cycle of the two steps provides a membrane-free process, which is potentially a promising direction for developing clean chlor-alkali technology. The chlor-alkali process is an important industrial process to make commodity chemicals; however, it usually requires the use of dangerous chemicals as membrane material. Here, the authors demonstrate clean, membrane-free chlor-alkali electrolysis, where chlorine evolution and hydrogen/sodium hydroxide production are completely decoupled.
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