CN104131311B - 矿化co2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，在由阴离子交换膜和阳离子交换膜隔成的正极区、中间区和负极区内，分别加入碱性物料、钠盐和碳酸氢钠，连接正负电极形成电流通路，钠盐分解形成的阴离子和钠离子在电流作用下分别通过阴、阳离子交换膜进入到正、负极区，在正极区进行中和反应，在负极区通入的CO2转化为碳酸氢根与钠离子生成碳酸氢钠，利用正负极区pH值差形成的电势，正极区发生的酸碱中和反应和负极区发生的CO2矿化反应所释放的能量以H2作为媒介转变为电能对外输出，反应完成后在负极区得到碳酸氢钠，或经进一步处理得到碳酸钠。本发明在低能耗、原料利用率高、环境污染小的情况下制取纯碱的同时对外输出电能。

Description

矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法
技术领域
本发明涉CO2利用减排技术领域，特别涉及一种在利用CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠的同时对外提供电能的方法。
技术背景：
自工业革命以来，人类活动排放的以CO2为主的温室气体已成为影响全球气候变化的主要因素。预计到2015年之前二氧化碳排放量的年均增长率为5.4％，2015年到2030年期间为3.3％，2030年中国的排放量将达到114亿吨，减少CO2排放已成为全球的共识。但据估计2005年到2030年间，煤、石油、天然气等化石燃料仍将是一次能源的主要来源，并在能源需求增长总量中占到84％，乐观估计到2035年全球CO2排放量也将达到354亿吨，化石燃料消耗产生的CO2将持续增长。
采取有效措施实现CO2减排意义重大。本发明人提出了一种处理CO2的新方法：CO2矿化利用(CCU)，CCU着重强调CO2的利用，目的是将CO2作为资源转化为高附加值碳酸盐产物固定CO2从而实现CO2减排。基于此思想，本发明人先后开发完成了“高温法联产富钾溶液的CO2矿化方法”、“催化法联产富钾溶液的CO2矿化方法”、“利用石膏矿化CO2联产硫酸的方法“、“矿化CO2联产强酸的膜电解方法”、“利用氯化镁矿化CO2制取碱式碳酸镁联产盐酸的方法”等CO2矿化方法，这些方法都已申请了中国发明专利，因此本发明人在CO2矿化领域已进行了比较深入的研究。
到目前为止，人们普遍认为煤、石油等化石燃料转变为CO2便是能量释放的终点，同时普遍认为处理CO2是一个耗能的化学过程，因此，许多关于CO2的研究都致力于降低反应能耗，提高产物的附加值来实现矿化CO2的经济可行性。然而几乎所有研究者都忽略了理论上从CO2转变为更稳定的碳酸盐，其过程的△G<0，这意味着矿化过程是可以自发进行并有能量释放的。
碳酸氢钠可直接作为制药工业的原料，用于治疗胃酸过多。还可用于电影制片、鞣革、选矿、冶炼、金属热处理，以及用于纤维、橡胶工业等；同时用作羊毛的洗涤剂，以及用于农业浸种等；食品行业作为疏松剂，除可广泛用于生产饼干、糕点、馒头、面包等，还可用作黄油保存剂；消防器材中用于生产酸碱灭火机和泡沫灭火机；冶金工业用作浇铸钢锭的助熔剂；机械工业用作铸钢(翻砂)砂型的成型助剂；医药工业用作制酸剂的原料。碳酸氢钠用途极为广泛，同时碳酸氢钠约在50℃开始反应生成CO2，在100℃全部变为碳酸钠，是一种方便快捷的制取碳酸钠的途径。碳酸钠(又称纯碱)是最重要的基础化工原料之一，被称为“化工之母”，其产量和消费量通常被作为衡量一个国家工业发展水平的标志之一。纯碱广泛用于建筑领域、化学工业、冶金工业、印染工业、制革工业、日化领域、食品工业。建筑领域的玻璃工业是纯碱的最大消费部门，每吨玻璃消耗纯碱0.2吨。化学工业用于制水玻璃、重铬酸钠、硝酸钠、氟化钠、小苏打、硼砂、磷酸三钠等。冶金工业用作冶炼助熔剂、选矿用作浮选剂，炼钢和炼锑用作脱硫剂。印染工业用作软水剂。制革工业用于原料皮的脱脂、中和铬鞣革和提高铬鞣液碱度。还用于生产合成洗涤剂添加剂三聚磷酸钠和其他磷酸钠盐等。食用级纯碱用于生产味精、面食等。近年来国内化工行业、冶金行业、电子行业、建材行业、装饰行业等快速发展，对纯碱需求也十分旺盛，使得中国纯碱产销量呈现连续、稳定的增长，行业开工率保持在90％以上。受下游产业快速增长拉动，预计未来几年中国纯碱将会继续保持较快增长。
目前，具有140多年历史的索尔维制碱法仍然是当今世界上最重要的化学制碱法。自从索尔维制碱法占据竞争优势至今100多年，尽管人们进行了多种尝试，但至今没有任何其它化学制碱法能与索尔维制碱法竞争，但其固有的原料利用率低、废液排放量大的缺点依然无法克服。其生产纯碱能耗约为9.3GJ/t-13.6GJ/t。其原料钠利用率只有75％左右，氯根利用率为0％，而且每生产1t纯碱就要排放10m3的废液。随着人类环保意识的增强以及更多天然碱资源的发现 和开采技术的完善，传统化学制碱将愈来愈处于竞争劣势。
发明内容
针对现有利用CO2的技术面临的高能耗且产物经济价值低的问题，本发明的目的在于提供一种全新的CO2利用方法——矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，以期实现在处理利用CO2过程中，不仅不需外加能量反而向外输出电能，同时解决现有纯碱制取方法存在的高能耗、工艺过程复杂、环境污染大、效率低等诸多问题。
本发明基于CO2矿化利用的思想，结合膜电解技术，利用CO2所具有的酸性和反应溶液的碱性促使反应自发进行的同时实现产物的分离，在制取高纯碳酸氢钠或碳酸钠的同时将反应释放的能量通过膜电解装置转换为电能输出。
本发明提出的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其主要内容为：将阴离子交换膜和阳离子交换膜置于容器中，将容器分隔为正极区、中间区和负极区三个部分，在正极区的液体中加入碱性物料构成正极电解液的，在中间区液体中加入作为电解反应原料的钠盐构成中间电解液，在负极区液体中加入碳酸氢钠构成负极电解液，连接正负电极形成电流通路，中间电解液中的钠盐分解形成的阴离子和钠离子在电流作用下分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜进入到正极区和负极区，在正极区，氢气在正极电极上氧化生成的氢离子与加入的碱性物料发生中和反应，阴离子与正极电解液中的阳离子结合生成盐；在负极区，向负极电解液中持续通入CO2气体，负极电解液中的氢离子在负极电极上还原为氢气，进入负极电解液中的CO2转化为碳酸氢根，与钠离子生成碳酸氢钠，利用正负极区之间pH值之差形成的电势，在电解反应进行时，正极区发生的酸碱中和反应和负极区发生的CO2矿化反应所释放的能量以H2作为媒介转变为的电能实现对外产电，反应完成后将负极区产生的碳酸氢钠移出经过滤得到碳酸氢钠，或进一步烘干得到碳酸钠。
在本发明的上述技术方案中，为了取得更好的电化学效果，可在正极电解 液中加入少量的用于提高液体导电性的钠盐；正极电解液中包括碱性物料和钠盐在内的溶解相总浓度一般在0.0001mol/L～10mol/L范围。所述碱性物料可以是工业生产过程中所产生的含有氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾中至少一种的碱性物料。
在本发明的上述技术方案中，包括正极电解液中的钠盐和中间电解液中的钠盐，优先选自氯化钠、硫酸钠和硝酸钠；特别优先选用氯化钠；所述氯化钠可以是自然界中天然的盐湖、海水的提取物，也可以是工业生产过程的产物。
在本发明的上述技术方案中，所述正极电极材料优先考虑选用氢气扩散电极；所述负极电极优先考虑选用在泡沫镍上担载Pt/C催化剂制成的负极电极，且Pt担载量一般在0.1-0.5mg/cm2范围。
在本发明的上述技术方案中，所述氢气，最好是利用负极产生的氢气作为正极气体扩散电极的氢气来源。当然，也可来自于其它地方。
在本发明的上述技术方案中，所述负极电解液为碳酸氢钠溶液，其浓度一般在0.1mol/L～10mol/L范围；所述中间电解液为钠盐溶液，其浓度一般在0.0001mol/L～10mol/L范围。在正极区、中间区和负极区加入的物料，均可以固体的形式加入，也可以溶液的形式加入。中间区加入的钠盐，优先采用将钠盐配制成0.1mol/L～10mol/L浓度的溶液再加入到中间区。
在本发明的上述技术方案中，负极区所通入的CO2气体，最好以鼓泡的方式通入到负极电极液中。
在本发明的上述技术方案中，反应产生的电能的功率、电压等参数通过直流负载进行实时检测和记录。
在本发明的上述技术方案中，利用负极产生的氢气作为正极气体扩散电极的氢气来源，且正极区的含碱性的溶液为仅含氢氧化钙的溶液时，利用CO2的矿化实现氯化钠制取纯碱的同时对外产电的总反应如下：
2NaCl+Ca(OH)2+2CO2＝CaCl2+2NaHCO3
本发明提出的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，是基 于发明人对电化学过程深刻理解和研究所完成的。在电化学过程中，众多因素均会引起电势差，如正负极之间溶液的浓度差所形成的浓差电势；正负极之间离子扩散所形成的扩散电势；由正极和负极分别发生的氧化反应和还原反应所产生的反应电势，或由正负极之间溶液的酸碱性之差引起的电势。根据理论公式ΔE＝-0.059(pH负-pH正)，也就是说只要pH正>pH负，导通电路后，便能实现对外产电。本发明主要是利用正负极之间发生的反应所产生的电势和ΔpH所产生的电势实现对外产电。具体产电的过程是：利用正极区发生的酸碱中和反应和负极区发生的CO2反应为碳酸盐所释放的能量，以H2作为媒介，实现将反应释放的能量转变为电能，同时由于正极区加入的碱性物料和在负极区不断通入CO2后形成的碳酸盐之间具有加大的pH之差，也可以转变为CO2发电装置的电势，一旦接入电流负载后，便能实现正、负极反应进行产生碳酸氢钠的同时对外发电。
本发明提出的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，将膜电解技术运用到CO2矿化领域，首次实现CO2矿化反应不需要外加能量而对外输出电功，同时利用膜具有的分离效果实现矿化产物的隔离而得到碳酸氢钠，所得到的碳酸氢钠经加热分解后制取高纯碳酸钠，无论在基本方法原理上还是在具体工艺方法上都是全新的。在常温条件下，反应自发进行的同时每个反应单元能对外提供大约0.1-0.4V的电压，也就是说多个串联的CO2发电设备串联可对外做功，同时还能产出大量的高纯碳酸氢钠或碳酸钠，该方法具有巨大的应用前景。
本发明所提出的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其在将CO2矿化为高附加值的碳酸氢钠或碳酸钠的同时，将矿化反应所释放的能量转变为电能，不仅解决了碳酸氢钠或碳酸钠制备过程存在的能耗高、废液排放量大、原料利用率低等问题，还实现了整体过程对外发电，突破了人们对碳酸氢钠或碳酸钠制备过程必然存在的现象固有观念，而且真正意义上实现了末端CO2减排的零能耗。
附图说明
图1为利用CO2矿化实现对外产电的同时制取纯碱的方法示意图
1-气体扩散电极(正极电极)；2-阴离子交换膜；3-阳离子交换膜；4-泡沫镍担载Pt/C的电极(负极电极)；5-氢气缓冲罐。
具体实施方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步的详细说明。有必要指出的是，以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，所属领域技术熟悉人员根据上述发明内容，对本发明做出一些非本质的改进和调整进行具体实施，是非常容易做到的，因此，这样的改进与调整应仍属于本发明的保护范围。
实施实例1
本实施例利用CO2矿化实现对外产电制取纯碱的工艺过程如图1所示。在作为CO2发电设备壳体的容器中，由设置在容器内只允许阳离子透过、而能阻止阴离子透过的阳离子交换膜3，只允许阴离子透过、而能阻止阳离子透过的阴离子交换膜2分隔为正极区、中间区、负极区三个区域。在1mol/L的NaCl溶液中加入氢氧化钙固体形成含饱和Ca(OH)2的浑浊溶液，加入至正极区中作为正极电解液，加入0.3mol/L的NaHCO3溶液至负极区中作为负极电解液，在中间区加入6mol/L的NaCl溶液作为中间电解液。采用气体扩散电极1作为正极电极，采用泡沫镍担载Pt/C的电极4作为负极电极。将CO2气体从作为CO2发电设备壳体的容器底部鼓泡通入负极区，将负极电极产生的氢气收集并进入缓冲罐5，来自缓冲罐中的氢气通入气体扩散电极进行反应，在温度为25℃下，进行电解反应1h，控制电流密度为7mA/cm2，此时槽电压能维持在0.15V，反应完成后，对正极区发生酸碱反应后溶出的Ca2+浓度利用原子吸收仪测定，同时对负极区产生的碳酸氢根离子浓度进行化学滴定测试，通过与理论公式的对比，电解过程产生碳酸氢钠的电流效率高达89％，同时在正极区生成 Ca2+的电流效率达到91％，
实施实例2
本实施例的矿化过程如附图1所示。在作为CO2发电设备壳体的容器中，由设置在容器内只允许阳离子透过、而能阻止阴离子透过的阳离子交换膜3，只允许阴离子透过、而能阻止阳离子透过的阴离子交换膜2分隔为正极区、中间区、负极区三个区域。加入1mol/L的氨水溶液至正极区中作为正极电解液，加入1mol/L的NaHCO3溶液至负极区中作为负极电解液，在中间区加入饱和的NaCl溶液。采用气体扩散电极1作为正极电极，采用泡沫镍担载Pt/C的电极4作为负极电极。将CO2气体从作为CO2发电设备壳体的容器底部鼓泡通入负极区，将负极电极产生的氢气收集并进入缓冲罐5，来自缓冲罐中的氢气通入气体扩散电极进行反应，在温度为25℃下，控制外加负载的阻值为0，此时槽电流密度可达10mA/cm2。控制外加负载的阻值为+∞时，槽电压能达到0.31V，CO2发电设备测得的最大输出功率为3.2W/m2。
实施实例3
本实施例的矿化过程如附图1所示。在作为CO2发电设备壳体的容器中，由设置在容器内只允许阳离子透过、而能阻止阴离子透过的阳离子交换膜3，只允许阴离子透过、而能阻止阳离子透过的阴离子交换膜2分隔为正极区、中间区、负极区三个区域。在1mol/L的NaCl溶液中加入1mol/L的Na(OH)2形成混合溶液，并加入至正极区中作为正极电解液，加入饱和的NaHCO3溶液至负极区中作为负极电解液，在中间区加入饱和的NaCl溶液。采用气体扩散电极1作为正极电极，采用泡沫镍担载Pt/C的电极4作为负极电极。将CO2气体从作为CO2发电设备壳体的容器底部鼓泡通入负极区，将负极电极产生的氢气收集并进入缓冲罐5，来自缓冲罐中的氢气通入气体扩散电极进行反应，在温度为25℃下，控制外加负载的阻值为0，此时的电流密度能稳定维持在12mA/cm2，在此条件下进行电解反应1h，同时将电解反应1后生成的碳酸氢钠经降温、过滤，并在110℃下烘干后得到的碳酸钠质量为0.210g，对比法拉第电流效率的 理论生成0.237g碳酸钠的理论值，生成碳酸钠的转化率高达88.6％，测得的最大输出功率为3.3W/m2。反应完成后，对正极区的溶液进行酸碱滴定，测试消耗的NaOH量，同时对负极区产生的碳酸根离子进行化学滴定测试，通过与理论公式的对比，生产碳酸氢钠的电流效率高达93％，同时正极区酸碱反应的电流效率达到96％。

Claims (10)

1.一种矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：将阴离子交换膜和阳离子交换膜置于容器中，将容器分隔为正极区、中间区和负极区三个部分，在正极区的液体中加入碱性物料构成正极电解液，在中间区液体中加入作为电解反应原料的钠盐构成中间电解液，在负极区液体中加入碳酸氢钠构成负极电解液，连接正负电极形成电流通路，中间电解液中的钠盐分解形成的阴离子和钠离子在电流作用下分别通过阴离子交换膜和阳离子交换膜进入到正极区和负极区，在正极区，氢气在正极电极上氧化生成的氢离子与加入的碱性物料发生中和反应，阴离子与正极电解液中的阳离子结合生成盐；在负极区，向负极电解液中持续通入CO2气体，负极电解液中的氢离子在负极电极上还原为氢气，进入负极电解液中的CO2转化为碳酸氢根，与钠离子生成碳酸氢钠，利用正负极区之间pH值之差形成的电势，在电解反应进行时，正极区发生的酸碱中和反应和负极区发生的CO2矿化反应所释放的能量以H2作为媒介转变为的电能实现对外产电，反应完成后将负极区产生的碳酸氢钠移出经过滤得到碳酸氢钠，或进一步烘干得到碳酸钠。
2.根据权利要求1所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述正极电解液含有钠盐，其溶解相的浓度为0.0001mol/L～10mol/L。
3.根据权利要求2所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述钠盐选自氯化钠、硫酸钠和硝酸钠。
4.根据权利要求3所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述钠盐为氯化钠，来自于从自然界中天然盐湖、海水提取物，或工业生产过程的产物。
5.根据权利要求1所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述正极区加入的碱性物料为工业生产过程中所产生的含有氢氧化钙、氢氧化钠、氨水、氢氧化钾中的至少一种的碱性物料。
6.根据权利要求1至5之一所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述负极电解液碳酸氢钠的浓度为0.1mol/L～10mol/L。
7.根据权利要求1至5之一所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述中间电解液的钠盐浓度为0.0001mol/L～10mol/L。
8.根据权利要求1至5之一所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述用于将氢气氧化为氢离子的正极电极为气体扩散电极，所述氢气来自于负极电极所产生的氢气。
9.根据权利要求1至5之一所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述负极电极为在泡沫镍上担载Pt/C催化剂制成，其中Pt担载量为0.1-0.5mg/cm2。
10.根据权利要求1至5之一所述的矿化CO2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法，其特征在于：所述CO2气体以鼓泡的方式通入负极区。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104131311B (zh) * 2014-07-07 2016-10-19 四川大学 矿化co2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法
CN106299424A (zh) * 2015-05-23 2017-01-04 李坚 一种碱性直接水co2燃料电池及其应用
US10118843B2 (en) * 2015-08-18 2018-11-06 United Arab Emirates University Process for capture of carbon dioxide and desalination
CN106745095B (zh) * 2017-01-25 2018-03-09 四川大学 利用芒硝和白云石制取纯碱联产石膏和碱式碳酸镁的方法
CN107437629B (zh) * 2017-07-31 2018-06-01 四川大学 用碳酸氢钠作碱性浸取剂的co2矿化发电方法
CN109326836B (zh) * 2017-07-31 2021-03-12 四川大学 利用芒硝增强co2矿化电池产电性能的方法及其电池
KR101955692B1 (ko) * 2017-09-11 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 포집하는 이차전지 및 그 복합시스템
KR101955693B1 (ko) * 2018-02-08 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 이용한 수계 이차전지 및 이를 구비하는 복합 전지 시스템
WO2019156415A1 (ko) * 2018-02-08 2019-08-15 울산과학기술원 이산화탄소를 이용한 수계 이차전지 및 이를 구비하는 복합 시스템
KR101955694B1 (ko) * 2018-03-19 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 이용한 수계 이차전지 및 이를 구비하는 복합 전지 시스템
CN112119536B (zh) * 2018-03-19 2024-05-03 Gt有限公司 二氧化碳利用系统以及包括其的复合发电系统
KR101955696B1 (ko) * 2018-05-09 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 이용하여 수소를 생산하는 이차전지 및 이를 구비하는 복합 발전 시스템
KR101997780B1 (ko) * 2018-11-19 2019-07-08 울산과학기술원 이산화탄소를 이용하여 수소를 생산하는 이차전지 및 이를 구비하는 복합 발전 시스템
KR101955698B1 (ko) * 2018-08-17 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 활용하는 복합 발전 시스템
KR101997781B1 (ko) * 2018-11-19 2019-07-08 울산과학기술원 이산화탄소를 이용하여 수소를 생산하는 이차전지 및 이를 구비하는 복합 발전 시스템
KR101955697B1 (ko) * 2018-06-04 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 활용하는 이차전지 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템
KR101955695B1 (ko) * 2018-03-19 2019-03-07 울산과학기술원 이산화탄소를 이용한 이차전지 및 이를 구비하는 복합 발전 시스템
CN108736052B (zh) * 2018-03-30 2019-04-23 四川大学 一种利用核黄素增强co2矿化电池产电性能的方法及其电池
KR102263566B1 (ko) * 2018-05-09 2021-06-09 울산과학기술원 이산화탄소를 이용하여 수소를 생산하는 이차전지 및 이를 구비하는 복합 발전 시스템
KR102028709B1 (ko) * 2019-02-28 2019-11-05 울산과학기술원 이산화탄소 활용 시스템을 이용한 평형수 처리 시스템
KR102131094B1 (ko) * 2018-09-13 2020-07-08 울산과학기술원 담수 생산 이차전지
KR102025559B1 (ko) * 2018-12-20 2019-09-26 (주) 테크로스 전기분해를 이용한 선박평형수 및 선박 배기 가스 처리 방법
KR102205629B1 (ko) * 2019-01-21 2021-01-20 울산과학기술원 이산화탄소를 이용하여 수소를 생산하는 이차전지 및 이를 구비하는 복합 발전 시스템
KR102171288B1 (ko) * 2019-01-31 2020-10-29 울산과학기술원 연료전지를 이용하는 잠수함용 동력 생산 시스템
CN110311146B (zh) * 2019-06-19 2020-12-01 四川大学 一种利用有机物作催化剂的二氧化碳矿化发电方法
CN110656343B (zh) * 2019-11-19 2021-04-23 王昱飞 利用pcet反应以芒硝和石灰石制取两碱联产高纯石膏的方法
KR20210125272A (ko) * 2020-04-08 2021-10-18 한화파워시스템 주식회사 복합연동 리사이클 시스템
CN113718272B (zh) * 2020-05-11 2023-08-29 王昱飞 一种制取两碱的方法
EP4252299A1 (en) * 2020-11-30 2023-10-04 Volta Energy, Inc. Electrochemical cell and method for carbon capture with energy storage
CN113930783A (zh) * 2021-09-29 2022-01-14 四川大学 Co2矿化固废发电耦合制氢方法及装置
CN114381751A (zh) * 2021-12-24 2022-04-22 世能氢电科技有限公司 一种低能耗连续分离Mg-H2O电池电解液的方法
TWI800193B (zh) * 2021-12-30 2023-04-21 信鼎技術服務股份有限公司 焚化廠碳捕捉與飛灰鈉鹽回收製碳酸氫鈉再利用系統及方法
CN114409026B (zh) * 2022-01-17 2023-08-18 上海交通大学 同步处理废酸废碱及驱动高盐废水脱盐并产电的电池
WO2024016114A1 (zh) * 2022-07-18 2024-01-25 势加透博（北京）科技有限公司 碳捕集耦合制氢的方法及装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58147573A (ja) * 1982-02-27 1983-09-02 Toagosei Chem Ind Co Ltd 塩酸製造法
CN1924100B (zh) * 2006-08-29 2010-12-29 华北电力大学 一种同时生产H2、FeCO3的热电联供方法及其装置
CN104722466A (zh) * 2008-07-16 2015-06-24 卡勒拉公司 使用二氧化碳气体的低能量4-电池电化学系统
WO2010087823A1 (en) * 2009-01-28 2010-08-05 Calera Corporation Low-energy electrochemical bicarbonate ion solution
JP5373079B2 (ja) 2008-07-16 2013-12-18 カレラ コーポレイション 電気化学システム中でのｃｏ２の利用
US20100224503A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-09 Kirk Donald W Low-energy electrochemical hydroxide system and method
WO2012061728A2 (en) * 2010-11-05 2012-05-10 University Of Connecticut Electrochemical reactor for co2 conversion, utilization and associated carbonate electrocatalyst
CN103173782A (zh) * 2013-04-12 2013-06-26 四川大学 利用氯化镁矿化co2制取碱式碳酸镁联产盐酸的方法
CN104131311B (zh) * 2014-07-07 2016-10-19 四川大学 矿化co2制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法

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