我国研究团队实现废水无能耗生产氯气

中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究团队提出废水无能耗生产氯气的方法, 利用氯化物盐水中的固有渗透能和氯离子, 自发生产氯气. 该方法无需外部能源输入, 同时可回收酸并副产氢气, 有望大幅降低氯气生产的碳足迹和成本. 近日, 相关研究成果发表在<自然-通讯>. 为确保回收酸的纯度并抑制电极上金属离子的还原副反应, 研究团队开发了磺化共价有机框架(COF)膜, 该膜材料具有丰富的磺酸基团, 能借助水分子形成氢键网络, 实现质子快速传输的同时, 有效阻隔重金属离子和有机污染物. 为维持系统连续运行, 氯离子和质子必须以相同速率从废酸传输到回收酸中, 但不能同时通过膜以避免抵消离子电流. 研究团队采取分离传输方式, 氯离子通过Ag/AgCl电极可逆电化学反应有效传输, 而膜仅允许质子通过. 这种方式使氯离子反应产生的氧化还原电位, 与质子选择性扩散形成的扩散电位相叠加, 显著提升了系统的发电性能, 并加快了质子与氯离子的传输. 渗透能捕获性能直接决定了氯气生产的效率, 研究人员还系统探究了在不同浓度梯度下系统的渗透能捕获能力. 通过串联多组发电单元构建装置, 研究团队实现了氯气和氢气的自发生产. 与传统电解工艺相比, 该系统无需外部电力输入, 大幅降低了氯气生产的碳排放和成本. 该方法具有良好的适用性, 已在模拟脱盐废水中验证氯气生产, 并有望扩展至硝酸盐废水, 实现氨气等其他关键化学品的自发生产.