CN106148992A - 离子膜催化法或电渗析催化法水制氢及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根据电渗析海水淡化和扩散渗析的工艺条件结合近期新发现的离子交换膜催化反应原理将水制备为氢气和氧气的方法，简称离子膜催化法或电渗析催化法水制氢；本发明还涉及该离子膜催化法或电渗析催化法在合成反应领域的应用；涉及该离子膜催化法在进行电渗析分离过程时联产氢气的应用。离子膜催化法或电渗析催化法水制氢相比传统的电解法水制氢的直流电耗可下降1-4倍，完全突破了经典热力学所限，该方法不仅利用了离子交换膜的选择性迁移离子的专有功能，而且以此为基础挖掘出了离子交换膜关于催生自由基离子与水进行转化反应的新功能，从而拓展了离子交换膜的应用范围，达到大幅度地节能降耗的效果。

Description

离子膜催化法或电渗析催化法水制氢及其应用

一、技术领域

本发明涉及一种根据电渗析海水淡化和扩散渗析的工艺条件结合近期新发现的离子交换膜催化反应原理将水制备为氢气和氧气的方法，简称离子膜催化法或电渗析催化法水制氢；本发明还涉及该离子膜催化法或电渗析催化法在合成反应领域的应用；涉及该离子膜催化法在进行电渗析分离过程时联产氢气的应用。离子膜催化法或电渗析催化法水制氢相比传统的电解法水制氢的直流电耗可下降1-4倍，完全突破了经典热力学所限，该方法不仅利用了离子交换膜的选择性迁移离子的专有功能，而且以此为基础挖掘出了离子交换膜关于催生自由基离子与水进行转化反应的新功能，从而拓展了离子交换膜的应用范围，达到大幅度地节能降耗的效果。

二、背景技术

迄今为止，还未搜索到有关离子膜催化法或电渗析催化法水制氢的文献和资料的报道，目前工业上电渗析法主要用于海水淡化和海水浓缩制盐等过程，没发现有关于根据电渗析海水淡化的工艺条件和过程以水为原料制备氢气和氧气或在电渗析分离产品时联产氢气和氧气的有关 文献和资料的报道。本发明人是在近期从事水溶液中的多元醇与KOH的电渗析分离过程的研究时(见下述附件1中的“过程3”)，意外地发现了离子交换膜不仅具有离子选择性透过的专有功能，而且还具有催化氧化还原反应的另一个新功能，确切地说就是采用阳离子交换膜或阴离子交换膜可以在溶液中催生一类自由基正离子和自由基负离子中间体，这一类中间体进一步与水等各种试剂发生一系列自曲基型的化学反应制备氢气等目标物，可以达到大幅度地降低制备过程的能量消耗的效果。这一新功能的作用及其原理已经通过下述“过程A”和下述“实施例11”的重复性的实验得到验证，为此在此特别介绍近期新开发的一个电化学实例——“过程A”：

过程A：选择普通的电渗析器及其配套的电极材料等，用普通的碱性阳离子交换膜(或碱性阴离子交换膜)将该电渗析器分隔为阳极室和阴极室二个小室，参照电渗析海水淡化的实际操作条件确定小室直流电压，阳极室加入1000克40％的KOH或NaOH水溶液，阴极室加入1500-2000克10％的KOH或NaOH水溶液，用二个泵分别驱使阴极室和阳极室的水溶液循环流动；通直流电，控制极室温度为20℃-60℃，控制小室直流电压为0.4V-1V，这时阳极室水溶液中的钾正离子通过阳离子交换膜进入阴极室(或阴极室的氢氧根负离子通过阴离子交换膜进入阳极室)，阳 极室不断地溢出氧气，阴极室不断地溢出氢气，收集氢气并计量；用化学法跟踪分析阳极室水溶液中KOH或NaOH的浓度，待阳极室KOH的浓度下降至10％以下时，停止通直流电，过程结束。计算可知：氢气的生成量为迁移的钾离子(或氢氧根离子)的摩尔数的二分之一左右，或者说迁移进入阴极的一个钾离子可生成一个氢自由基正离子，二个氢自由基正离子结合成为0.5个氢分子，根据收集的氢气量和实测的电耗等参数计算，生成氢气的单位电耗为1.8千瓦时/立方米以下。

显然上述“过程A”的最大特点就是能够超大幅度地降低水制氢的单位电耗，其下降的幅度完全超出了传统电解法水制氢的热力学所限，这是因为上述“过程A”依据的是电渗析海水淡化的工艺条件及其热力学，其与电解法水制氢的要求恰恰相反，前者要求在电渗析迁移钾离子或氢氧根离子的过程中尽量控制和减少水的电极反应的发生，控制和减少极化现象的发生，严格要求在极限电流密度以下的操作条件进行，而后者则要求提高和加强水的电极反应的效率，运行的小室直流电压(槽电压)至少必须维持在水的最低理论分解电压(1.23V)以上，一般要求控制小室直流电压为2V以上。业内人士众所周知，小室直流电压升高，氢气的单位电耗迅速相应地升高，反之亦然，所以上述“过程A”操作条件的控制是尽可能地降低小室直流电压，以求超大幅度地降低水 制氢的直流电耗。然而，这里面对的关键问题是：若选用0.4V的小室直流电压——这已经远远低于水的最低理论分解电压(1.23V)，如此水就不能通过电极反应被裂解，这时的水还能够分解成为氢气和氧气吗？或者说采用电渗析海水淡化的操作条件或电耗能够将水分解为氢气吗？尤其更不可思议的是下述“实施例11”已表明：仅仅采用离子交换膜，即使不通直流电也能够制备氢气和氧气，为此，在此特别介绍近期关于离子交换膜方面的一个新的基础性的发现作为答案：

为了便于说明，这里假设把溶入水中的KOH或NaOH称为“成对离子”化合物，这时的溶液中阴离子和阳离子的摩尔数完全相等，阴离子和阳离子的电荷数也完全相等，此时的溶液完全符合电荷守恒定律，溶液呈电中性；如果把溶于水中的阴离子与阳离子的电荷数相等的离子统称为“成对离子”，则因此可定义：如果在水中KOH或NaOH的阴离子与阳离子的摩尔数或电荷数不相等而过剩的阳离子或阴离子则可顺理成章地被统称为“未成对离子”，涉及本发明的关键就是关注水溶液中的钾或钠阳离子摩尔数与氢氧根阴离子摩尔数是否完全相等，相等则称谓“成对离子”，反之，不相等则称谓“未成对离子”。本申请人近期正是发现了如此所谓的一种“未成对离子”及其性质，才成功地实现了上述“过程A”和下述“实施例11”的开发，故在此以上述“过程A”为例 叙述所谓“未成对离子”的含义及其性质。在“过程A”中有一个问题自然是显而易见的，即“过程A”通直流电后，如果采用的为阳离子交换膜，则原溶于水的KOH之“成对离子”中的钾离子可通过阳离子交换膜进入阴极室，而该KOH之“成对离子”中的氢氧根离子则不能够通过阳离子交换膜进入阴极室，只能留在阳极室，由此必然导致在阳极室水溶液中的氢氧根离子摩尔数过剩，同时相应地导致阴极室的钾离子摩尔数过剩，由此导致阳极和阴极二室水溶液中的钾离子与氢氧根离子的电荷数不能够相等，阴离子与阳离子的电荷数的代数和不能够为零(电荷不守恒)，如此顺其自然地就产生了上述所谓的“未成对离子”，显而易见：这种情况将导致至少在某个瞬间的阳极或阴极的水溶液中的离子浓度并不符合电荷守恒定律，溶液的电中性被扰乱，如此必定要通过某种化学转化才可能重新达到溶液的电荷守恒；同样的道理，如果采用的为阴离子交换膜，则原溶于水的KOH之“成对离子”中的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极室，而该KOH之“成对离子”中的钾离子却不能够通过阴离子交换膜，只能留在阴极室中，由此同样明显地导致阳极和阴极二室水溶液中的钾离子与氢氧根离子的摩尔数不能够相等，从而导致阴离子和阳离子的电荷数不相等，在阳极室产生了过剩的氢氧根离子，在阴极室产生了过剩的钾离子，如此也产生了与上述相同的“未成 对离子”，这一刻二个极室的电解质溶液中的电荷数不守恒，为重新达到溶液的电中性，必然自发地产生一种内在的化学反应的推动力，可将水分解为氢和氧，而关于这种推动力，传统的电解水制氢的原理解释为由水分解的电极反应产生，这需要从外部输入必要的直流电压作为驱动力，但是针对在0.4V的小室电压工艺条件下水制氢的过程来说，尤其针对不通直流电的下述“实施例11”来说，传统的原理是不能够解释清楚的，因为理论上水分解制氢的最低分解电压必须在1.23V以上，目前电解法水制氢的小室电压或槽电压一般都控制在2V以上，所以，上述“过程A”和“实例11”之所以能够成功实现，是因为这其中存在着一种类似于铝粉与碱水制氢的自发产生的推动力，本发明人认为，此推动力应该为有机化学领域的自由基反应的内力，就好象铝粉在强碱性水溶液中发生电子跃迁或给出电子转化为铝自由基中间体一样，迅即与水反应生成氢氧化铝和氢气；也认为一个无论是经过电位差驱动渗析的途径还是经过浓度差推动渗析的途径，只要是选择性地透过了离子交换膜的一切的离子，必定转化为相应的“未成对离子”，其性质上属于一种自由基离子，既具有离子的导电性，又具有自由基的反应活性。从有机反应可知，一般自由基离子只能瞬时存在，用常规的方法很难捕捉得到，其反应的活性很强，反应所需的活化能很小甚至为零，故自发反应的推 动力很大，一般不需要从外部输入额外的能量；而且，研读《自由基化学》一书也可知，这种自由基离子很容易与水等试剂发生反应生成新的自由基离子，例如上述“过程A”阴极室中过剩的“未成对钾或钠离子”，实质上属于是一种钾或钠自由基正离子中间体，其在瞬间就可与水分子发生自由基型的碰撞反应重新转化为KOH之“成对离子”，同时生成一个新的氢由基正离子，该自由基正离子又进一步通过有效碰撞发生自由基型的二聚反应转化为氢气，而并非一定要通过水分解的电极反应的途径才形成氢气，所以上述“过程A”并非一定要求考虑传统的电解水制氢法必须考虑的最低理论分解电压(1.23V)的问题，如此仅此一项就可以下降1.23V左右的小室电压或槽电压，而且，相应地也并非一定要求考虑与电极反应有关的电极过电位的问题，由此又可进一步可下降槽电压，正是如此的原理，上述“过程A”和下述“实施例11”才有可能突破经典热力学所限，超大幅度地降低水制氢的单位电耗，与传统水电解制氢的工艺本质不同，“过程A”的关键技术问题集中体现在离子交换膜的制备方面，即制备的离子交换膜的性能越优秀，能量消耗下降的幅度就越大，而电极材料的影响因素不大，所以本发明为水制氢领域提供了一种全新的途径，这一途径完全有可能在今后发展成为无需输入光能或电能或热能就可水制氢和氧的工业化途径；同样，针对上述“过程A” 的阳极室中过剩的“未成对离子”，其实质上是一种氧化性特强的羟基自由基负离子，可与水发生反应生成新的羟基自由基负离子和水，也可以通过有效碰撞发生自由基型二聚反应生成不稳定的过氧化氢中间体后进一步被分解为氧气和水，并非一定要经过在阳极电极表面的电极反应，更不需要铂等贵金属电极材料。总而言之，离子交换膜可以把溶液中原来的阴离子和阳离子摩尔数相等的“成对离子”交换成为摩尔数不相等的“不成对离子”，由此就产生了自由基离子，在理论上，所有渗析透过离子交换膜的“成对离子”都可以转化成为自由基离子，从而都可以与水发生自由基反应生成氢气和氧气，下述“实施例11”表明：利用浓度差的能量或压力差的能量或位差的能量等等，只要是能够驱动氢氧化钾或氢氧化钠或氢氧化铵等一切含有氢氧根离子化合物中的离子渗析透过离子交换膜，就都能够将浓度差能量或压力差能量或位能等能量等这所有的能量通过消耗水的方式转化为氢能；而且，离子渗析透过离子交换膜，可在阳极室催化氧化一类的反应或在阴极室催化还原一类的反应，例如渗析透过阴离子交换膜的氢氧根离子，必定转化为氢氧根自由基负离子，然后才与苯甲酸钠等试剂发生自由基型的氧化反应生成羟基苯甲酸钠等(见下述实施例5)。所以，正因为本申请人在近期发现了离子交换膜的这一能够催生自由基离子的新功能，才发明了所谓的本 “离子膜催化法”(或称谓电渗析催化法)，也就能够采用电渗析海水淡化的工艺条件分解水制备氢气和氧气，这也正是上述“过程A”能够超大幅度地降低水制氢的直流电耗的原理，而且，由该原理可推知，本发明的方法不仅可应用于水制氢领域，还可以应用于催化合成反应领域，应用于分离产品与联产氢气的藕合反应领域，如此就有了系列的新发明(见下述实施例3-7)；甚至今后有望应用于离子膜烧碱的进一步节能降耗领域以及电渗析海水淡化的进一步节能降耗领域，应用于电渗析法废水处理的节能降耗领域等等，尤其是今后有望应用于氢燃料电池领域。

下述“附件1”的资料或许也可以作为一份本发明的背景技术的参考材料，故特附在此“背景技术”的一栏中：

附件1

CO2和水催化反应合成有机燃料的新途径

1、项目立项依据

近代，环境污染与能源枯竭已经成为全世界的头等难题，不断增加的CO2排放问题不仅仅是一个环境问题，更是上升到了国际关系和关系人类生存与发展的高度^[1]，哥本哈根世界气侯大会被喻为“拯救人类的最后一次机会”的会议。21世纪以来，许多国家的政府和企业投入了大量的人力、物力、财力用于碳减排技术的研究和开发，可迄今为止仍然找不到一条能于2050年以前在全球能够从根本上彻底解决“温室效应”问题的技术途径，主要原因是传统的技术途径成本太高，所化费的代价太大，或者受环境条件的限止，或者受氢气来源的限止，等等，例如那个被许多国家视之为应对气侯变化的最佳方案之一的CCS技术^[2]，由于其十分高昂的运营成本和资金投入，即使在发达国家也难以普及应用，所谓的CCS技术明显地属于人们面对将来“温室效应”灾难的一种无可耐何的选择。而其它的碳减排技术，例如CO2加氢合成燃料甲醇，等等，也因为成本过高和氢源的问题难以普及实用，所以说，生产和运营的成本是每一种碳减排技术能否切实可行从而有效平衡大气中CO2浓度的最关键的决定因素之一；另一个平衡CO2浓度的最关键的决定因素就是CO2的消费量问题，CCS技术正是在CO2消费量方面相对具有较大的优势而被推荐为一种重要的选择。众所周知，只要人类仍处于以燃烧的方式生产能源为主旋律的时代，则CO2的总排放量就会保持为其总消费量的1000倍以上，故若要在这样的时代有效地平衡大气中CO2的浓度，很显然，唯一可行的途径就是利用CO2和水为原料低成本、高效率地生产燃料产品，使燃烧发电企业能够形成CO2的闭合循环燃烧或“反向燃烧”，例如，我国为了碳减排和新能源的战略发展而迅猛建立起来的众多的生物质发电企业，理论上都说能够达到CO2的零排放，但现实是这些企业目前因成本过高而不 依靠政府的财政补贴就难以为继，尤其突出的问题是在燃烧发电的同时仍然不断地直接排放大量的CO2废气，使其在实际上真正能有效平衡大气中CO2浓度的效率近似于植树造林，达不到能够迫切地解决碳减排问题的要求。如果有一种技术途径，能快速和完整地捕集直排的CO2废气(比如用氢氧化钾水溶液吸收CO2转化为碳酸钾)，同时将捕集的CO2废气与水通过普通的合成反应的途径高产率地转化为成本低廉的有机燃料，则每个生物质发电企业在内部就可以实现CO2的闭合循环燃烧或“反向燃烧”，既可以在企业迅即达到零碳减排的要求同时又可大幅度地提高发电量从而相应地提高利润，由此把碳减排和开发新能源有机地结合了起来，其无可估量的经济效益和社会效益是显而易见的，本项目提供的正是这种技术途径。

然而，几个世纪的经验告诉人们，“光合作用是唯一可利用CO2和水合成有机物的反应”^[3]，仅仅以CO2和水为原料，通过无光照的化学催化反应的途径合成象石油和煤一样价廉的有机可燃物的可能性很小，若说是在常温常压的条件下，甚至更不可能合成出那怕是一丁点的有机物，可能性为零；而且也很少搜索到有关这种技术途径的资料和文献，只有零星一些消息的报道，这一根深蒂固的“经验”似乎已经凝结成为一种不可愈越的思想障碍，正因为如此的原因，在此特别地介绍近期新发现的一个碳酸钾与水催化反应的化学实例(过程1)予以说明：

过程1：

选择一个普通的机械搅拌反应器，加入计算量的氢氧化钾水溶液和催化剂，开启搅拌，在常温常压的条件下，加入计算量的无水碳酸钾，或者缓缓加入计算量的CO2废气(加入CO2时温度速升、大量放热)，在敞口常压、 常温或低温(100℃左右)的条件下一直搅拌至碳酸钾的转化率为80-90％时止(用碳酸盐分析仪进行跟踪)，此时碳酸钾转化为C2-C6的有机物，同时，碳酸钾中的钾元素定量地转化为氢氧化钾；用气相色谱FID检测器进行分析测定(见下面的气相色谱图)，可知各有机物合计的总产率超过80％。(注：加入的催化剂为无机物，包括加入的水、KOH、碳酸钾或CO2用FID检测不出峰)。

“过程1”已明确表明：加入的全都是无机物，而通过反应出来的为含碳-碳键的有机物，此结果明显地与上述“经验”相违背，也未见有任何关于“过程1”的文献和资料甚至任何消息的报道。“过程1”生成的C2-C6有机物或其混合物可作为优良的生物质原料用于制备生物燃料(例如乙醇)或用于制备其它高附加值的有机化工产品(例如丁四醇)；在“过程1”中如果加入的为CO2废气则整个反应过程有余热放出，不需要额外输入热量；如果加入的为碳酸钾，则可联产等当量的氢氧化钾；用该氢氧化钾可快速和定量地吸收CO2废气转化为等当量的碳酸钾，同时放出大量的热能；又将该碳酸钾通过“过程1”转化为C2-C6的有机物联产氢氧化钾，如此循环往复，实际上真正消耗的原料仅仅是CO2废气和普通水；如果全部收集和利用CO2废气与氢氧化钾水溶液反应时放出的化学能，就可大幅度地降低总能量的消耗，预计能耗有可能下降90％以上；而且，“过程1”的整个反应过程不产生废气、废水、废渣，属于一种经典意义上的绿色化学反应，工艺条件非常温和(可常温常压)；工艺过程非常简单(可“一锅法”)；产率也较高；原料为CO2废气和普通水，原料来源非常广泛，所以很明显：采用“过程1”的途径合成有机燃料的原料成本几乎可以忽略不计，如果与目前的碳减排交易市场相 结合，从原料的成本方面计算则反过来还可以获得另外可观的经济效益；也很明显：由于“过程1”需要额外输入的能量以及环境治理费用相对最低，所以在理论上，以“过程1”为基础开发的工业化技术，其生产成本可以达到理想的状态，完全有可能在企业单纯生产盈利的前提下，利用CO2废气和水生产价格低廉的有机燃料用于燃烧发电，由此构建可盈利、无需亏损补贴的CO2的闭合循环燃烧或“反向燃烧”系统，从而可以达到在零碳减排的同时又可以无穷尽地生产新能源的目标。

但是，可能正是如上所述的“过程1”的不可思议的技术优势或无据可查等其它的原因，致使“过程1”在其进一步或技术进步的过程中受到了十分严重的质疑或难以逾越的思想障碍：

质疑一、凡涉及二氧化碳化学的工业领域以及几乎所有相关的文献资料基本上都一致认定：从热力学角度看，CO2自身能量低，结构稳定，惰性大不易活化，其化学固定和转化都非常困难，需要额外输入大量的能量，CO2通常被视为惰性物质^[4]，CO2的固定和转化一般需要高温高压，且转化率和产率较低；碳酸钾的惰性比CO2更强，即使在高温高压的条件下也难以转化，如果说“过程1”可以在常温常压的工艺条件下将碳酸钾转化为有机物，这明显地违反了这一公认的经典规律，真有些天方夜谭，不能令人相信。然而，从有机反应的角度分析，这个经典的“规律”却是明显错误的，“CO2分子结构既象烯烃中的累积双键又象羰基化合物的累积羰基，其化学性质主要通过羰基基团所表现”^[5]，由有机反应的常识可知，类积双键一般都属于非常活泼的化学反应基团，尤其是象CO2这种小分子羰基化合物，其分子结构除独有一个累积羰基外，不含有氢等任何其它的元素，故针对CO2不仅影响其反 应活性的空间障碍很小，而且CO2也不能够发生一般羰基化合物常有的羟醛缩合、康尼扎罗等类型的副反应，CO2固有的选择性应该较高；而且，通过搜索大量相关的化学实例，几乎千篇一律的可以证明，碱性环境中CO2的羰基加成反应活性非常高，甚至超过了一般的羰基化合物，没有一点“惰性物质”的表现，例如，CO2与氨水在常温常压的条件下进行反应，不需要添加任何催化剂也能很快地生成氨基甲酸铵；CO2与浓氢氧化钾水溶液的反应更具有爆炸性的放热现象；尤其值得注意的是，作为羰基化合物还有一种经典的羰基还原偶联反应模型，例如频呐醇偶联反应，属于构建C-C共价键的一种十分重要的反应，一般这一类反应的工艺条件较温和，在常温常压下也可进行，且多为自发的放热反应，能量消耗低，产率也较高。业内人士众所周知，只要是含有C-C共价键的化合物全都属于有机物(如草酸钠)，只要将CO2或碳酸钾作为羰基化合物还原偶联为含C-C共价键的化合物，也就顺理成章地完成了将CO2或碳酸钾这一类一碳无机物转化为有机物的过程，而且，由于过去的一系列水相中的频呐醇偶联反应同样也都属于以水为氢源的羰基还原偶联反应^[6]，这就为以水代替氢气作为氢源还原CO2为有机物提供了可行的途径，故只要选择羰基还原偶联反应的技术途径，就完全可以成功地完成上述“过程1”的过程，上述“过程1”正是把碳酸钾或CO2作为一种羰基化合物，以它们为碳源，以水为氢源，通过羰基还原偶联反应的技术途径，在非常温和的工艺条件下，高产率地将碳酸钾或CO2这种无机物转化成为含C-C共价键的C2-C6有机物，故“过程1”完全符合羰基还原偶联反应的原理，并非不可思议。然而传统的CO2的化学法固定和转化，之所以需要高温高压，是因为传统的方法几乎全都是沿用羰基加成反应的技术途径， 从有机化学原理和经验上分析，羰基加成反应的产物，一般难以成为C-C键的化合物，目标产物主要为甲醇、甲酸等一碳有机物。例如CO2加氢气制甲醇，在热力学上的障碍较大^[7]，而用CO2合成附加值较高的含C-C键的乙醇和低碳烯烃，反而相对制备甲醇却更具有热力学上的优势^[8]，所以说，反应机理或反应途径不同，生成的产物就不同，它们的热力学也自然不同，不能轻易下定论。本新途径属于碳酸钾或CO2的C-C自偶联反应类型，由于迄今未见有任何关于碳酸钾或CO2的自偶联型化学反应的研究报道，故容易导致针对上述“过程1”的误解。有许多情况可表明，过去对于碳酸钾或CO2固有性质的一些定论及其反应机理的研究可能仍然存在较多的偏差，仍然需要进行诸多的基础性的研究。

质疑二、“过程1”表明，用KOH水溶液吸收CO2废气并进一步将其转化为含C-C共价键的有机物的整个反应过程可放出余热，这从表观上看似乎明显地违反了经典热力学定律。众所共识：有机物燃烧的最终产物为CO2和水，如果要实现“反向燃烧”，即以CO2和水为原料合成价格低廉的有机物，根据能量守恒定律，必定需要额外地输入相应的由该有机物燃烧放出的能量，这个能量是不能节省的，由此推论，放出余热是不可能的。面对这样的“质疑二”实在真有些难以回答，因为由物理学家总结和发现的能量守恒定律，一直被奉为绝对真理，任何一个工程师们都必须严格遵守。但上述“过程1”已经通过了多次严格的考证，已经充分地证明了放出余热是一件真真实实客观存在的事例。由此产生的矛盾，或许是因为我们对能量守恒定律的理解还存在着某种差异；或许是物理学家发现的能量守恒定律应用于化学领域尤其是生命科学领域会受到某些条件的限止，为此，特别搜寻和研读了 《PtHi电解过程中的“过热”现象研究》^[9]一类论文，仔细研读该论文的P37-60页可知，其所谓“电解过程”就是一种在常温常压的条件下电解碳酸钾普通纯水溶液的过程，其所谓“过热”现象指的是通直流电后从系统输出的热能比输入该系统的电能高出了约1.2-2.3倍，与上述“过程1”相比，其原料完全相同，过程也大同小异，区别仅仅是一个属于电催化一个属于化学催化，却具有共同的特点，即两个过程都放出了余热，这显然用经典的能量守恒定律不能够解释清楚这种“过热”现象，所以该文献介绍了一直存在严重争议的“常温核聚变”的理论给予解释；但不管怎样，研读该论文后可知：该论文所做的大量实验，已经充分地证明了通过碳酸钾普通水溶液产生的“过热”现象是一种真真实实存在的客观事实。另外，仔细研读《化学振荡反应》、《反应偶合现象和现代热力学分类系统》等文献资料后可知，明显违反经典热力学第二定律的化学实例比比皆是，而且据最新报道：“目前有研究者认为，能量守恒定律需要条件限制，它并不是在任何情况任何时空都是普适的”；英国某公司发明的“热能箱”，也是电解碳酸钾和普通水的过程，据说产出的热能是输入电能的两倍，因被认为不符合经典的能量守恒定律^[10]，使发明者至今也不知用什么原理或定律来解释这种“过热”现象。我们认为，只要证明了“过热”现象或“热能箱”过程中的碳酸钾与水发生了化学转化反应，例如，上述“过程1”证明碳酸钾与水可转化为有机物和氢氧化钾，等等，就可用有机反应的原理和质能守恒定律给予清楚地解释，应该也没有违反能量守恒定律。

综上所述，本项目可立项的依据可能需要鉴定上述“过程1”属于是真还是假，若为真则显而易见：由于“过程1”特别低廉的制备成本及其典型 的绿色工艺等技术优势，故以“过程1”为基础开发的工业化技术必将具有超级的实用价值，能够在迫切地解决碳减排问题的同时又开发了一种无穷尽的新能源；而且，以“过程1”为基础，在相同的原理指导下，又成功地开发出了利用硝酸钾和水或硫酸钾和水为原料合成肼或多硫化钾等可燃物同时联产氢氧化钾的化学实例，这也为从根本上彻底治理SO2和氮氧化物的废气提供了一条全新的技术途径。如果总是不能够相信“过程1”为真实的事例，恳请能亲历“过程1”的实验现场进行现场小试鉴定，幸好的是上述“过程1”的实验所需条件非常简单，且由于“过程1”投入的催化剂和所有的原料也全都是用FID检测不出峰的无机物，故运用普通的气相色谱FID法就可以科学地对“过程1”进行真与假的定性鉴定(请参见下面“过程1”的有机产物的气相色谱图)。

2、项目的研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题

2.1、研究目标

将上述“过程1”进一步开发成为能够工业化的实用技术的基础，具体地说就是通过小试证明：以CO2和水为原料合成生物燃料的总产率≥90％；用实验数据证明碳酸钾与水反应为一种自发的放热反应，从而为燃烧发电企业能够构筑CO2的闭合循环燃烧的工业系统奠定理论上的基础。

2.2、研究内容

通过实验，深入研究和证明上述“过程1”的反应机理；深入研究和证明上述“过程1”中的化学能与热能相互之间的转化规律。根据工 业化实用的要求，筛选出适用于工业化的催化体系，提高碳酸钾与水的反应速率以及产率，为此筛选出性价比相对最优良的催化剂，并且结合电催化反应的原理，结合研究电解碳酸钾普通水所产生的“过热”现象(所谓的“常温核聚变”现象)；将化学催化过程和电催化过程组合一起，构建效率高、能耗低的催化体系，达到CO2的废气能够高效率地闭合循环燃烧的要求；同时筛选出适合于工业化的工艺条件，进一步降低能量消耗，达到上述研究目标的成本要求。这需要对上述“过程1”的反应机理及其反应的热效应进行更深入的研究，重点研究上述“过程1”的催化机理；用先进的仪器测试“过程1”反应的热效应并研究其规律，准确鉴定“过程1”是否有余热放出。在过去的实验工作中，已初步发现“过程1”有周期性地放热现象和周期性地排气现象，排出气中有氧气成份，类似经典的BZ振荡反应的浓度-温度振荡现象，且已初步确定碳酸钾与碱水的合成反应为放热反应，由于受到经典热力学的限止以及实验条件的限止，至今仍不能用具体的数据得出肯定的结论，然而这一研究内容非常重要，关系本项目的能量的理论消耗，是决定工业化生产成本的决定因素之一，也是可合理地回答上述“质疑二”的关键内容之一。

另外，上述“过程1”的工业化实施还缺少一个环节，即需要将产物C2-C6有机物与KOH分离，回收的KOH用于CO2废气的吸收。为了尽量地减少分离过程的能耗，本项目根据过去的工作基础，选用藕合电解水制氢和电渗析分离的二个过程(见下述“过程3”)，在分离KOH的同时联产氢气，因为产出的氢气就是一种能量，用于闭合循环燃烧系 统，可提高发电量或作为本分离环节补充的能量，可大幅降低分离KOH过程的能量消耗。有趣的是“过程3”仅仅在传统的碱性电解水工艺中补充了阴离子交换膜和阳离子交换膜，以及加入的为含有氢氧化钾和C2-C6有机物的水溶液，而在电解电压为1V左右(低于电解水的最低理论分解电压1.23V)的条件下，也可以产生相当量的氢气，对此用经典的电化学基础理论可能难以解释，值得进一步深入地研究。

2.3、拟解决的关键问题

用实验证明碳酸钾与水反应的机理，尤其需要用数据证明碳酸钾与水的反应是属于自发的放热反应(“过热”现象)还是属于必须输入相应能量的吸热反应，这是需要解决的关键问题。如此可以合理地给上述“质疑二”找到答案，之所以把如上所述的“质疑二”作为本项目拟解决的关键问题，是因为显而易见：如果“过程1”为真，则其工业化的道路在技术、工程等方面已经不存在有难以逾越的障碍问题，而恰恰是如上所述的“质疑二”才致使“过程1”的工业化进程寸步难行。另外，很有可能上述“过程1”确实存在着还不被知晓的新原理或新规律，也需要通过具体的研究“过程1”的反应机理及其化学能与热能之间的转化规律挖掘出来，有可能形成一个基础性的原始创新。

3、采取的研究方案及可行性分析

3.1、根据有机反应的羰基还原偶联以及氢转移反应的原理和研究方法，通过实验深入研究“过程1”的反应机理，通过大量的实验工作筛选性价比最优良的催化剂，并与电极反应的催化剂结合起来研究，构建新的双催化体系，同时优化工艺参数，提高有机物的总产率，通过小试 验证明：碳酸钾与水反应合成有机物的总产率可达到90％以上的目标；根据《B-Z反应热振荡现象的研究》一文所报道的研究方法，用实验获得的数据证明碳酸钾和碱水的反应为一种自发的放热反应，并且为一种不符合经典热力学第二定律的化学振荡反应。关于采用本研究方案的可行性是显而易见的，因为上述“过程1”明显属于合成反应领域的一种很普通的反应，没有其它方面的特殊要求，按照合成反应领域常规的研究方法就能够完成工作目标。而且“过程1”的总产率为80％，所以，在“过程1”原有催化剂的基础上，只要给予相应的客观条件和投入相应的做具体实验的工作量，就完全有可能筛选出性价比更优良的催化剂以及更优良的合成工艺条件，达到总产率超过90％的目标；羰基还原偶联反应已有一百多年的研究历史，故采用传统的技术鉴定的方法也能够方便地论证其反应机理，不需要其它专有的特殊的研究手段；而且，通过普通的电催化反应的实验就可以考证在“过程1”中引入电催化剂的效果并论证其原理；等等。

3.2、根据离子膜烧碱和电解水制氢的生产原理和工艺以及电渗析法淡化海水的生产原理和工艺优化“过程3”的工艺参数，提高水制氢的电解效率，在分离KOH的同时，尽量地多产氢气、降低电耗，深入研究电渗析分离和电解反应藕合过程中水制氢的机理，希望从中有新的发现。例如，为什么“过程3”在低于1.23V的槽电压下也能电解水制氢，其中是否存在制氢的新反应。实验时选用的阴离子交换膜和阳离子交换膜都是已经应用于生产而技术性能成熟的离子交换膜，由此克服了因为我们缺乏膜的制备技术而不能优化“过程3”工艺条件的问题，此研究 方案的可行性较大。

4、本项目的特色与创新之处

本项目的“过程1”发现了以碳酸钾和普通水为原料，即使仅仅在常温、常压的工艺条件下，采用很普通的化学催化反应的途径也可以高产率地制备出含C-C共价键的有机物，由此提供了一条将CO2矿化为碳酸钾进一步转化为有机物的未见有任何文献和资料报道的新途径，与所有传统的CO2合成有机物的技术途径的最大区别在于采用本新途径合成有机物可大幅度地降低制备成本，原料来源也最广，无疑，本新途径可为目前的生物质发电企业实现零碳减排和扭亏为盈迫切又切实可行地解决难题。

5、年度计划及预期研究成果

5.1、年度计划

2015.1-2015.12：筛选性价比最优良的催化剂，结合电催化反应构建新的组合式的催化体系；并且优化工艺条件，同时研究反应机理，测试碳酸钾与水反应时的热效应数据，研究和总结反应的热效应的变化规律。

2016.1-2016.12：继续上年度未竟的实验工作；采用电解水制氢-电渗析分离藕合法分离KOH，同时联产氢气，并且筛选优化该藕合过程的工艺条件或工艺参数，研究该藕合过程的机理及电耗变化规律。

2017.1-2017.12 继续上年度未竟的实验工作；完成研究成果。

5.2、预期研究成果

5.2.1、发表论文3-5篇，论文中可提出以上述“过程1”为基础开发的一种新的合成反应模式和新的化学反应规律及其相应的化学反应实例，该新的反应模式可提供将碳酸盐、硝酸盐、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐等等矿物用水还原为可燃的化合物的方法及其相应的实例，为开发新能源和治理大气污染提供一系列切实可行的途径，论文中的如下所述的“过程2”等实例可为碳酸盐变石油、为石油的起源提供最可靠的一个实例，论文中的用CO2和氨水在常温常压下的反应合成氨基酸的实例，也可为生命起源的第一阶段提供最可靠的一个证据，故发表的论文涉及多学科，而且这些论文的最大特点就是其内容基本上都属于原始性创新，发表的化学实例前人未曾做过，更无文献和资料可寻。

5.2.2、完成一篇内容真实、切实可行的以CO2和水为原料合成有机燃料的《可行性研究报告》，该报告依据大量的实验数据和化学实例，充分证明以CO2和水为原料合成普通的有机燃料是完全可行的；在当代CO2大规模减排的同时创造巨大的经济效益也是完全可行的。该报告能够引起政府和社会的关注，从而能够迫切和实在地为政府有效规划解决大气污染、碳减排、开发再生能源等迫切需要解决的战略 问题作出积极的贡献，，也为企业创造经济效益作出积极的贡献，能够作出这样的贡献，是本项目申请所企盼的最大成果。

(二)研究基础与工作条件

1、工作基础(与本项目相关的研究工作积累和已取得的研究工作成绩)

由于几乎搜索不到与本项目相关的资料和文献，特别是由于针对本项目存在上述非常严重的质疑，所以本项目申请只能够是把上述“过程1”作为本项目的工作基础，同时补充下述的“过程2”作为上述“过程1”的基础。

过程2、

配制含碳酸钾10％和含氢氧化钾40-50％的过饱和的混合物水溶液，在室温和敞口常压的条件下，避光静置20天，取样，用气相色谱FID检测器进行分析鉴定，可知已有有机物产生，产率超过20％，继续静置四个月，加入氢氧化钾水溶液中的碳酸钾几乎已经定量地转化为有机物。

“过程2”相比“过程1”更加不能令人相信，为此恳请对“过程2”也能进行小试现场鉴定，如果怀疑是空气中的有机物进入了碳酸钾和氢氧化钾的混合物水溶液中，可将样品在室温和敞口常压的条件下置于隔绝空气的真空容器中静置20天后再取样分析鉴定。“过程2”为本项目的基础的基础，用传统的化学原理可能不能解释碳酸钾转化为有机物的机理，可能其中存在着还未被发现的新的化学原理，故对于“过程2” 值得进行现场小试鉴定和进一步深入的研究。

另外，下述“过程3”也应该成为本项目的工作基础之一

过程3、

选择普通的碱性电解水的电解槽，选取用于制备氢氧化钾的阳离子交换膜安装在阴极一边，选取只能通过羟基负离子的阴离子交换膜安装在阳极一遍，阳极电极为碳棒，阴极电极为铁棒，阴极室和阳极室加氢氧化钾为电解质，将上述“过程1”的C2-C6有机产物的碱水混合物过滤后加入阳离子交换膜与阴离子交换膜的中间，然后通直流电，调节槽电压为1V左右，随着过程的进行，阴极室的KOH不断地增多，同时析出氢气，阳极室析出氧气且有过氧化氢产物，当加入的有机产物的碱水混合物的pH值为7-8时，停止通电，此时KOH被分离在阴极室，联产相当于0.5mol分离的氢氧化钾的氢气。

“过程3”表明，在低于水的最低理论分解电压(1.23V)的条件下也能电解水制氢，粗略估算“过程3”的电耗比传统碱性电解水的电耗下降了约一半，可能“过程3“存在与电极反应有本质区别的新反应，用有机反应的观点初步分析，可能通过阳离子交换膜的钠离子演化为一种自由基正离子，可与水直接反应生成氢氧化钾同时析出新生态氢离子，而并非一定要通过电极反应生成氢氧化钾，由此大幅度地降低了电解水制氢的能耗，希望在本项目中对此进行深入的研究，有望在电化学领域取得新的突破。

三、发明内容

本发明的目的之一是提供一种采用电渗析海水淡化和扩散渗析的工艺条件、结合离子交换膜催生自由基离子的原理，以水为原料制备氢气和氧气及副产双氧水的方法，其特征为用离子交换膜与氢氧化钾或氢氧化钠溶液组合为水制氢的催化体系，且水制氢的小室直流电压或槽电压为0-1V。

1、采用电渗析海水淡化和扩散渗析的工艺条件，以水为原料制备氢气和氧气及副产双氧水的方法，包括以下次序的几个步骤：

选用普通的电渗析器；或者选用普通的碱性电解水制氢的电解槽；或者选用普通的离子膜烧碱电解槽，用普通的阳离子交换膜或普通的阴离子交换膜将所选的电渗析器或电解槽分隔为阴极室和阳极室二个小室，或者分隔为阳极室和给料室和阴极室三个小室；选择铁或镍或不锈钢等金属作为阴极电极材料或阳极电极材料，选择活性碳或石墨等耐氧化材料作为阳极电极材料；在分隔的各小室分别加入计算量的KOH或NaOH水溶液或加入计算量的纯水，或在阳极室加入活性碳粉或加入一切能有效捕集和分解羟基自由基的催化剂或试剂，用泵或电动搅拌器分别驱使各小室的水溶液循环流动；通直流电或不通直流电或间隙式地通直流电，控制小室电压为0-1V，控制小室温度为10-60℃，不断地收集从 阴极室溢出的氢气和从阳极室溢出的氧气并计量，用化学法跟踪分析各小室溶液中KOH或NaOH的浓度，当它们的浓度达到预期的要求时，停止通入直流电，关闭循环泵或电动搅拌，收集阳极室溶液中的双氧水产物，最后计算产物氢气的单位电耗。

本发明的目的之二是提供一种采用本离子膜催化法还原碳酸盐制备甘油和乙二醇和甲醇和乙醇和丁四醇和戊醇和己醇等低碳混合醇的电化学法；同时也是一种利用碳酸盐制备乙醇酸和乙酸和甲酸和草酸和葡萄糖酸和丁糖酸等有机酸的电化学法；同时也是一种利用碳酸盐制备乙烷和丁烷和丙烷和戊烷和己烷等烷烃类有机物的电化学法；同时也是一种将硝酸盐等几乎所有的矿物盐还原为相应的含X-H键的可燃物(注：X表示所有的元素)的电化学法，其特征为用离子交换膜与KOH或NaOH溶液组合为一种催化体系；同时联产氧气和氢气；水制氢的小室电压或槽电压为0-1V。在理论上，本“离子膜催化法”属于是一种可将碳酸盐还原为所有的碳水化合物、或可将硝酸盐还原为肼类可燃物、或可将硫酸盐还原为硫单质和硫化盐及硫化氢类可燃物、或可将硅酸盐还原为硅单质和硅烷类可燃物等等的以水为氢源还原所有的矿物盐的通用型的电化学法，其技术核心就是用离子交换膜与氢氧化钾或氢氧化钠或氢氧化铵等一切氢氧化物电解质溶液组合成为一种催化体系，可在不通直流 电以及无需光能和热能或无需添加其它化学试剂的条件下进行水制氢或催化合成反应，即通过钾离子或钠离子渗析透过阳离子交换膜或者氢氧根离子渗析透过阴离子交换膜的途径，生成非常活泼的钾自由基正离子或钠自由基正离子，这些自由基正离子与水反应生成还原活性超强的氢自由基正离子，由此可对所有的矿物盐(甚至所有的矿石)实施加氢元素的还原反应，将不可燃的矿物盐转化为含有X-H键(X表示化学元素)的可燃物，联产与转化的矿物盐中的金属元素等当量的金属氢氧化物，以及联产氧气及双氧水和氢气，例如将碳酸钾和水转化为含C-H键的如上所述的各种可燃有机物或其混合物(碳酸盐岩层石油)，联产与转化的碳酸钾中钾元素等当量的氢氧化钾，以及副产氧气及双氧水和氢气；若加入的矿物盐为碳酸钙，则碳酸钙转化为各种有机物的同时联产与转化的碳酸钙中钙元素等当量的氢氧化钙，以及联产氧气及双氧水和氢气等等，之所以加氢元素反应后还有氢气生成，是因为本离子膜催化法实质上属于是电渗析法水制氢与自由基氧化还原反应二个过程的藕合过程，故在矿物盐被还原的同时，必然在阴极消耗水生成氢气、在阳极生成氧气和过氧化氢。

2、在水溶液中采用离子交换膜催化反应还原碳酸盐等几乎所有的矿物盐为可燃物的方法，包括以下次序的几个步骤：

选用普通的海水淡化电渗析器及其电极材料，用阳离子交换膜或阴离子交换膜将该电渗析器分隔为阴极室和阳极室二个小室，或分隔为阳极室和给料室和阴极室三个小室，在各小室分别加入计算量的质量浓度为5-50％的KOH或NaOH水溶液或加入计算量的纯水，用泵或电动搅拌器分别驱使各小室的水溶液循环流动；在阴极室加入计算量的碳酸盐或硝酸盐或硫酸盐或硅酸盐或磷酸盐等所有的矿物盐的水溶液或水悬浮液，通直流电或不通直流电或间隙式地通直流电，控制各小室的温度为10℃-60℃，控制小室电压或槽电压为0-1V，不断地收集从阳极室溢出的氧气和从阴极室溢出的氢气并计量，用碳酸盐分析仪或离子色谱仪跟踪分析加入阴极室水溶液中矿物盐的浓度，待加入阴极室水溶液中矿物盐的浓度下降至预期值时即停止通电，关闭循环泵或电动搅拌，收集阴极室的还原产物并计量，同时收集阳极室的过氧化氢副产物，最后计算还原产物的收率。若在该过程的阳极室加入多元醇等所有的还原剂，则可被阳极室过剩的氢氧根负离子或被称之为羟基自由基负离子所氧化。

如果用阴离子交换膜代替上述阳离子交换膜将海水淡化电渗析器分隔为阳极和阴极二个小室，即使其它设备条件不变，由于通过阴离子交换膜的离子在阳极室转化为与迁移的氢氧根负离子等当量的羟基自由基负离子，则本“离子膜催化法”可在阳极室催化一系列的氧化类反 应，且在阴极室联产氢气；若在该过程的阴极室加入氧化剂，则同时可被阴极室的氢自由基正离子所还原，所以，本“离子膜催化法”包括阳离子膜催化法和阴离子膜催化法，前者催化还原类反应主要联产氧气和双氧水；后者催化氧化类反应主要联产氢气，尤其是若同时在阳极室加入还原剂和在阴极室加入氧化剂，则在同一个反器中，可同时发生氧化类反应和还原类反应，同时得到氧化的目标物和还原的目标物，故本发明的离子膜催化法或电渗析催化法大大拓展了离子交换膜在合成反应领域的应用。

本发明的目的之三是提供一种电渗析法从多元醇等碱水混合物料液中分离或提纯KOH或NaOH联产氢气和氧气及过氧化氢的方法，其特征为用离子交换膜与氢氧化钾或氢氧化钠组合为一种催化体系，在分离和提纯碱水混合物料液中氢氧化钾或氢氧化钠的同时，可联产氢气和氧气，水制氢的小室电压或槽电压为0-1V。本申请人曾发现了在普通金属粉的催化下，以碳酸钾和水为原料合成多元醇等有机物的化学实例(请见上述附件1中的“过程1”和“过程2”)，但在其工业化技术开发的研究中，发现若要将多元醇与氢氧化钾分离，采用蒸馏法能耗较高，采用电渗析法能耗虽然较低，但与要求还是相差较远，自有了本“离子膜催化法”，就可以设计一种从多元醇浓碱水溶液中分离KOH或NaOH并联 产氢能源的藕合路线，由于分离出一摩尔的KOH或NaOH可联产0.5摩尔的氢气，而1立方米的氢气至少可发1.3度左右的直流电，如此用联产的氢气所发出的直流电去补充电渗析分离KOH或NaOH时的直流电耗，如此粗略估算，可下降传统电渗析分离过程的直流电耗达70％以上。

3、采用电渗析和扩散渗析的工艺条件，从各种碱水混合物料液中分离和提纯KOH或NaOH并联产氢气及氧气和过氧化氢的方法，包括以下次序的几个步骤：

选用普通的海水淡化电渗析器及其离子交换膜和电极材料，用阴离子交换膜和阳离子交换膜将电渗析器依次分隔为阴极室和给料室和阳极室三个小室，将阴离子交换膜靠近阳极室一边，阳离子交换膜靠近阴极室一边，其它的条件与原电渗析器基本不变；用泵或电动搅拌器分别驱使各小室的水溶液循环流动，在给料室中加入计算量的多元醇或其它各种有机物的碱水混合物料液，或加入本实施例3-7制备的各种碱水混合物溶液，在各小室分别加入计算量的KOH或NaOH水溶液或加入计算量的纯水溶液，通直流电或不通直流电或间隙式地通直流电，控制小室温度为10℃-60℃，控制小室电压为0-1V，不断地收集从阴极室析出的氢气和从阳极室吸出的氧气并计量，用化学法跟踪分析，当给料室溶液 中的KOH或NaOH的浓度≤0.5％时，停止通直流电，关闭泵或搅拌，从阴极室回收分离出来的纯KOH或NaOH；从给料室收集多元醇等有机物水溶液或收集加入的上述实施例3-7制备的各种还原可燃物水溶液；从阳极室回收副产的过氧化氢，最后计算KOH或NaOH的回收率及其氢气的单位电耗。

在此补充说明，由上述离子膜催化法的原理可知，本发明专利申请的方法属于一种通用型的方法，有望今后在离子膜烧碱的进一步节能降耗的领域得到应用；有望在电渗析海水淡化的进一步节能降耗的领域中得到应用，尤其有望在开发氢燃料电池电动汽车的新氢源领域得到应用，这种通用型的方法，为这些领域的节能降耗和新的氢能源的开发提供了一种全新的途径。

四、具体实施方案

实施例1、

选择普通的电渗析器；或选择普通的碱性电解水制氢的电解槽；或选择普通的离子膜烧碱电解槽，用普通的离子膜烧碱使用的阳离子交换膜将选用的电渗析器或电解槽分隔为阳极与阴极二个小室，阴极电极选用不锈钢或铁或镍，阳极电极选用活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍，二 电极尽量贴紧阳离子交换膜，在阳极室加入1-10立升30％-50％的KOH或NaOH水溶液，或在阳极室补加400-800克活性碳粉，在阴极室加入1立升0-10％的KOH或NaOH水溶液，用二台泵或电动搅拌器分别驱使阳极室和阴极室的水溶液循环流动，流速与电渗析海水淡化时的流速相近，通直流电或间隙式地通直流电，控制小室电压或槽电压为0-1V，控制小室温度为10-60℃，用化学法跟踪分析阳极室水溶液中KOH或NaOH的浓度，注意在阳极室补充KOH或NaOH固体以及注意在阴极室补充去离子水，同时不断地收集从阴极室溢出的氢气和从阳极室溢出的氧气并计量，持续反应4-100小时后停止通直流电，关闭循环泵或电动搅拌器，收集阳极室水溶液中的双氧水，得5-70克左右的氢气，最后计算产物氢气的单位电耗为1.6千瓦时/立方米左右。

实施例2、

选用普通的电渗析器或选用普通的碱性水电解制氢的电解槽或选用普通的离子膜烧碱电解槽，用普通的碱性阴离子交换膜将选用的电渗析器或电解槽分隔为阳极和阴极二个小室，阳极电极选用活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍，阴极电极选用不锈钢或铁或镍，二电极尽量贴紧阴离子交换膜，在阳极室加入1立升5-10％的KOH或NaOH水溶液或加入1 立升纯水，或在阳极室补加400-800克的活性碳粉，在阴极室加入1-10立升30-50％的KOH或NaOH水溶液，用泵或电动搅拌器分别驱使阴极室和阳极室的水溶液进行循环流动，通直流电或间隙式地通直流电，控制小室电压或槽电压为0-1V，控制二小室的温度为10-60℃，用化学法跟踪分析阴极室水溶液中KOH或NaOH的浓度，同时不断地收集阴极室溢出的氢气和阳极室溢出的氧气并计量，注意在阴极室补充去离子水，反应4-100小时后，停止通直流电，关闭循环泵或电动搅拌器，收集阳极室水溶液中双氧水，对收集的氢气和氧气称重或量取体积，得5-110克左右的氢气，最后计算产物氢气的单位电耗为0.9千瓦时/立方米。

实施例3、

选用普通的电渗析器或选用普通的碱性水电解制氢的电解槽或选用离子膜烧碱的电解槽，或自行设计制备一个普通的电动搅拌式的电化学反应器，用离子膜烧碱使用的阳离子交换膜或用自制的仅能渗析透过氢氧根负离子的阴离子交换膜将电渗析器或电解槽或自行设计的电化学反应器分隔为阴极和阳极二个小室，采用不锈钢或铁或镍为阴极电极，采用活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍为阳极电极，二电极尽量贴紧离子交换膜，且将电极制备成为丝网波纹填料或其它表面积能够取得最 大化的形式；在阳极室加入1立升10％-50％的KOH或NaOH水溶液，在阴极室加入1立升0-10％的KOH或NaOH水溶液或加入1立升纯水，用泵或电动搅拌器分别对阴极室和阳极室的溶液进行循环流动，同时在阴极室加入试剂级的碳酸钾或碳酸钠或碳酸钙等所有的碳酸盐或各种碳酸氢盐50克-100克，开启搅拌或泵，通直流电或间隙式地通直流电或不通直流电，控制小室电压或槽电压为0-0.8V，控制小室温度为10-60℃，用碳酸盐分析仪或离子色谱跟踪分析阴极室溶液中的碳酸钾或加入的其它碳酸盐的含量，同时不断地收集阳极析出的氧气和阴极吸出的氢气及烷烃类的可燃气并计量，注意在阴极室不断地补充纯水，保持阴极室和阳极室的水平面基本平衡，同时用化学法跟踪分析阳极室中KOH或NaOH的浓度，当阳极室溶液中的KOH或NaOH的含量≤20％时，需及时地补充KOH或NaOH固体或替换碱水溶液；当阴极室溶液中的碳酸盐的含量≤5％时，这时由碳酸盐转化的产物主要为乙醇酸、草酸、甲酸、乙酸、葡萄糖酸、丁糖酸等有机酸的碱水混合物；当阴极室溶液中的碳酸盐的含量≤1％时，这时的主产物为乙二醇、丁四醇、甘油、戊醇、乙醇、甲醇、己醇等醇类有机物的碱水混合物；当阴极室溶液中的碳酸盐的含量≤0.1％时，这时的主产物主要为乙烷、丁烷、丙烷、戊烷、低碳烯烃等气体混合物，加入的碳酸盐转化为有机物的总选择性约为100％，联产与 转化的碳酸盐或碳酸氢盐中的金属元素等当量的金属氢氧化物，同时联产氢气和氧气。

实施例4、

选用普通的电渗析器或选用普通的碱性水电解制氢的电解槽或选用离子膜烧碱所用的电解槽，或自行设计普通的电动搅拌式电化学反应器，用普通的阳离子交换膜或自制的仅能透过氢氧根负离子的阴离子交换膜将电渗析器或电解槽或电化学反应器分隔为阳极和阴极二个小室，采用不锈钢或铁或镍为阴极电极，采用活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍为阳极电极，二电极尽量贴紧离子交换膜，将电极尽可能制备成为具有最大表面积的形状，在阳极室加入1立升5-50％的KOH或NaOH水溶液，在阴极室加入1立升0-50％的KOH或NaOH水溶液，用泵或电动搅拌器分别对阳极室和阴极室的水溶液进行循环流动，同时在阴极室加入试剂级的硝酸盐或加入硫酸盐或加入硅酸盐或加入硼酸盐或加入磷酸盐等加入几乎所有的矿物盐50-100克，开启电动搅拌或循环泵，通直流电或间隙式地通直流电，控制小室电压或槽电压为0-1V，控制小室温度为10-60℃，用离子色谱法跟踪分析阴极室加入的硝酸盐等加入的矿物盐的浓度变化情况，同时不断地收集从阳极室溢出的氧气及双氧水和从阴 极室溢出的氢气及其它种类的可燃气体并计量，注意在阴极室不断地补充纯水，尽量保持阳极室和阴极室的水平面相平衡，同时用化学法检测阳极室KOH或NaOH的浓度，当KOH或NaOH的浓度≤10％时，需补充KOH或NaOH固体以提高其浓度为20-40％；或替换阳极室的碱水溶液，当阴极室溶液中加入的矿物盐的浓度≤1％时，停止通直流电，关闭循环泵或搅拌，收集阴极室肼类可燃物或收集硫化盐可燃物或收集硅烷可燃物或收集硼烷可燃物等等矿物盐还原产物的碱水混合物，即收集所有相应的含X-H键的可燃物的碱水混合物(注：X表示所有的元素)，联产与转化的矿物盐中的金属元素等当量的金属氢氧化物，同时联产氢气和氧气。

实施例5、

选择普通的电渗析器，用普通的阴离子交换膜将该电渗析器分隔为阳极室和阴极室二个小室，用泵或电动搅拌器对二个小室的水溶液分别驱使循环流动，阳极电极为氧化钛或石墨或活性碳，阴极电极为不锈钢或铁或镍，阳极电极和阴极电极紧贴阴离子交换膜；在阴极室加入1立升30-50％的氢氧化钠水溶液，在阳极室加入1立升5-10％的NaOH水溶液，或者在阳极室加入1立升去离子水，同时在阳极室加入试剂级的苯甲酸钠50-100克；开启电动搅拌或循环泵，通直流电或间隙式地通直 流电，控制小室电压为0-0.4V，控制小室温度为10-60℃，过程中不断地收集从阴极室溢出的氢气和从阳极室溢出的氧气，注意在阴极室补充去离子水，保持阴极室水平面高于阳极室或相平衡，持续反应24或48小时后停止通直流电，关闭循环泵或电动搅拌，收集阳极室的对羟基苯甲酸钠和邻羟基苯甲酸钠等氧化产物，二个产物的总收率为85％以上，联产的氢气量为12克以上。

实施例6、

选用普通的电渗析器或选用水电解制氢的电解槽或选用离子膜烧碱的电解槽，或者自行设计电动搅拌式或填料式的电化学反应器，用离子膜烧碱的阳离子交换膜将电渗析器或电解槽或电化学反应器分隔为阴极和阳极二个小室，选用不锈钢或铁或镍为阴极电极，选用活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍为阳极电极，二电极紧贴阳离子交换膜，尽可能将电极制备成表面积为最大化的形状，用泵或电动搅拌器分别对阴极室和阳极室的水溶液进行循环流动；在阳极室加入1立升30-50％的KOH或NaOH水溶液，在阴极室加入1立升0-50％的KOH或NaOH的水溶液，同时在阴极室加入试剂级的碳酸钾或碳酸钠等碳酸盐50-100克，开启电动搅拌或循环泵，通直流电或间隙式地通直流电，控制小室电压为 0-1V，控制小室温度为10-60℃，不断地收集从阳极室溢出的氧气和从阴极室溢出的氢气并计量，并注意在阴极室补充去离子水以及在阳极补充氢氧化钾或氢氧化钠固体，反应4小时后，停止通直流电，关闭电动搅拌或循环泵，用液相色谱和气相色谱分析阴极室的产物可知，主产物为丁四醇和乙二醇等有机物的碱水混合物，有机混合物的总产率为80％以上，联产与转化的碳酸盐中的金属元素等当量的金属氢氧化物，同时联产氢气和氧气。

实施例7、

选用普通的不锈钢材质的微电解反应器，或者选用普通的不锈钢填料塔式反应器，将普通的铁碳微电解填料安装在该微电解反应器中，或者将不锈钢或铁或镍或锌或其它们的合金制备成为丝网波纹填料安装在该填料塔式反应器中，加入1立升30-50％的KOH或NaOH的水溶液在该微电解反应器或该填料塔式反应器中，用泵对该碱水溶液循环流动或采用电动搅拌的方式进行流动；若外加直流电场，则可将固载的微电解填料或丝网波纹填料作为阴极电极，将微电解反应器或填料塔式的内壁作为阳极电极，也可选择不锈钢或铁或镍作为阴极电极，选择活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍作为阳极电极，在微电解反应器或填料塔式反应 器中加入50-100克碳酸钾固体，或者加入50-100克其它的碳酸盐固体，或者加入50-100克的硝酸盐或硫酸盐等所有的矿物盐固体物，开启循环泵，通直流电或间隙式地通直流电或不通直流电，控制小室电压为0-1V，调节和控制反应器温度为10-140℃，用泵进行循环流动反应或采用电动搅拌反应，同时不断地收集从该微电解反应器或填料塔式反应器中溢出的氧气和氢气并计量，反应4-8小时后，降温至常温，用碳酸盐分析仪或离子色谱法分析测试该微电解反应器中加入的碳酸钾等碳酸盐的含量，或者测试加入的其它矿物盐的含量，得知碳酸钾等所有加入的矿物盐的转化率为80％以上，碳酸盐转化为含C-H键的有机物，硝酸盐转化为含N-H键的肼类可燃物，其它矿物盐转化为含X-H键的可燃物(注：X表示化学元素)，并联产与转化的碳酸盐或其它矿物盐中的金属元素等当量的金属氢氧化物，同时联产氢气和氧气。

实施例8、

选用普通的金属微电解反应器，或者选用普通的不锈钢填料塔式反应器，将普通的微电解填料安装在该微电解反应器中，或者将不锈钢或铁或镍等所有耐水的金属材料制备成为丝网波纹填料安装在该填料塔式反应器中，用阴离子交换膜或阳离子交换膜将该微电解反应器或该填 料塔式反应器分隔为阴极和阳极二个小室，选用不锈钢或铁或镍为阴极电极，选用活性碳或石墨或不锈钢或铁或镍为阳极电极，二电极紧贴离子交换膜，在阳极室加入1立升0-40％的KOH或NaOH水溶液，在阴极加入1立升10-50％的KOH或NaOH水溶液，用泵或电动搅拌分别将二个小室的水溶液循环流动；通直流电或间隙式通直流电，控制小室电压为0-1V，控制二个极室的温度为10-60℃，不断地收集从阳极室溢出的氧气和从阴极室溢出的氢气并计量，注意观察阴极室和阳极室的水平面，并用化学法检测阳极室水溶液中KOH或NaOH的含量，注意及时地在阴极室补充去离子水，或者在阳极室补充KOH或NaOH或更换阳极室的碱水溶液，4小时后停止通直流电，关闭循环泵，收集的氢气量为32克，最后计算得知产物氢气的单位电耗约为0.8千瓦时/立方米左右。

实施例9、

选择普通的海水淡化电渗析器及其阳极电极和阴极电极，用普通的阳离子交换膜和阴离子交换膜将该电渗析器依次分隔为阳极室、给料室、阴极室三个小室，阳离子交换膜靠近阴极室一边，阴离子交换膜靠近阳极室一边；在阳极室和阴极室分别加入1立升0-10％的KOH或NaOH水溶液，在给料室加入1立升由纯多元醇+85％KOH配制的混合物碱水溶 液，或者加入由上述实施例3-7制备的各种矿物盐的还原可燃物的碱水混合物，用泵或电动搅拌器分别对三个小室的水溶液进行循环流动；开启循环泵或电动搅拌，通直流电或间隙式通直流电，控制小室电压为0-1V，控制小室温度为10-60℃，这时给料室水溶液中的钾离子或钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室与水反应生成KOH或NaOH及氢气，故在阴极室需要补充去离子水，同时给料室水溶液中的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极室生成新生态的过氧化氢后进一步分解为氧气和水；用化学法或离子色谱法跟踪分析给料室水溶液中钾离子或钠离子的含量，同时不断地收集从阴极室溢出的氢气和从阳极室溢出的氧气并计量，当给料室水溶液中钾离子或钠离子的含量≤0.5％时，停止通直流电，关闭循环泵或电动搅拌器，收集给料室留存的多元醇水溶液或由上述实施例3-7制备的碱水混合物的水溶液，以及收集阴极室中被分离出的纯KOH或NaOH，KOH或NaOH的回收率为95％，联产的氢气约为5克左右，最后计算氢气的单位电耗为1.4千瓦时/立方米。

实施例10、

选择普通的海水淡化电渗析器，用耐温的阴离子交换膜将该电渗析器分隔为阳极室和阴极室二个小室，用活性碳或石墨或不锈钢或铁碳合 金或二氧化锰等耐酸材料制备表面积尽可能最大的阳极电极，选用不锈钢或铁或镍为阴极电极，二电极紧贴阴离子交换膜，二电极尽量采用零间距结构；在阳极室加入1立升去离子水，在阴极室加入含量为20-40％的有机酸钠(甲酸钠、乙酸钠、乙醇酸钠、草酸钠等)的水溶液1立升，，用泵或电动搅拌器分别对二个小室的水溶液循环流动，开启循环泵或电动搅拌，通直流电或间隙式通直流电，控制小室电压为0-1V，控制小室温度为90-110℃，这时阴极室的有机酸根负离子透过阴离子交换膜进入阳极室成为有机酸根自由基负离子，其与水反应生成有机酸和羟基自由基负离子，该羟基自由基负离子发生自由基二聚反应生成过氧化氢和氧气，在阳极室有过氧有机酸副产物，另外，有机酸根自由基负离子同时发生自由基型的碎裂反应，生成二氧化碳和相应的烷烃气体；同时留在阴极室的钠自由基正离子与水反应生成氢氧化钠和氢自由基正离子，该氢自由基正离子进一步通过自由基二聚反应转化为氢气，所以过程中需不断地收集从阴极溢出的氢气和从阳极溢出的氧气和二氧化碳及烷烃气体等副产物，注意在阴极室补充加入去离子水；用离子色谱法跟踪分析阴极室的有机酸根离子含量，当其含量≤0.5％时，降温，停止通直流电，关闭循环泵或电动搅拌，收集阳极室的有机酸产物，有机酸的收率为70％以上，联产与有机酸中钠元素等当量的氢氧化钠，同时联产氢气 和氧气。

实施例11、

选择普通的电渗析器，或选择一个普通的陶瓷水缸，用阴离子交换膜(或阳离子交换膜)将该电渗析器或水缸分隔为阳极室和阴极室二个小室，但不安装电极，也不通直流电；在阳极室(或阴极室)加入1立升的去离子水，同时加入400-800克的活性碳粉或一切能有效地捕集或分解羟基自由基负离子的试剂或催化剂，并在阳极室(或阴极室)安装电动搅拌器；在阴极室(或阳极室)加入1-10立升30-50％的KOH或NaOH水溶液，或加入1-10立升30-50％的氯化钠或硝酸钠或硫酸钠水溶液，这时阴极室水溶液中的氢氧根离子(或阳极室水溶液中的钾离子或钠离子)通过浓度差的推动力渗析透过阴离子交换膜(或阳离子交换膜)转化为羟基自由基负离子或其它自由基负离子中间体(或钾自由基正离子或钠自由基正离子中间体)，在阳极室变为氧气及双氧水(或在阴极室变为氢气)，而留在阴极室中过剩的钾离子或钠离子(或留在阳极室过剩的氢氧根离子)同时转化为钾自由基正离子或钠自由基正离子(或同时转化为羟基自由基负离子或其它自由基负离子)与水反应生成KOH或NaOH和氢气；过程中不断地收集从阳极产生的氧气和从阴极产生的氢气 并计量，并注意不断地在阴极室补充去离子水，保持阴极室的水平面高度，在24小时-148小时后停止该过程，又收集阳极室的过氧化氢产物，得氢气5克-130克左右，而最后计算由此以水为原料制备的氢气和氧气的单位直流电耗为零。

实施例12、

选择普通的电渗析器，用阴离子交换膜和阳离子交换膜将该电渗析器分隔为阴极室、给料室、阳极室三个小室，阴离子交换膜靠近阳极室一边，阳离子交换膜靠近阴极室一边，采用不锈钢或铁或镍为阴极电极，采用活性碳或石墨或铜为阳极电极，二电极紧贴离子交换膜，或在阳极室加入400-800克的活性碳粉，在阴极室和阳极室分别加入1立升去离子水，在给料室加入1-10立升由纯多元醇+85％NaOH配制的碱水混合物溶液，或者加入1-10立升由上述实施例3-7制备的由各种矿物盐还原的可燃物的碱水混合物溶液，或加入1-10立升30-50％的纯KOH或纯NaOH或纯氯化钠或纯硝酸钠或纯硫酸钠溶液，用泵或电动搅拌分别对三个小室的水溶液驱使循环流动，启动循环泵或电动搅拌，不通直流电或间隙式通直流电，控制小室电压为0-0.4V，控制小室温度为10-60℃；这时，在离子浓度差的驱动力下，给料室中的钾或钠离子透过阳离子交 换膜进入阴极室后与水反应生成KOH或NaOH和氢气，给料室中的氢氧根离子透过阴离子交换膜进入阳极室转化为氧气和水以及过氧化氢，用离子色谱法跟踪分析给料室和阴极室溶液中钾离子或钠离子的浓度，当此二个小室的钾离子或钠离子的浓度相平衡时，开始通直流电，控制小室电压为0.3V-1V，整个过程中不断地收集从阳极室溢出的氧气和从阴极室溢出的氢气，并注意在阴极室补充去离子水，当给料室中的钾离子或钠离子的浓度≤0.5％时，停止通直流电，收集留存在给料室中的多元醇等有机物或收集其它由矿物盐还原的可燃物水溶液，同时收集阴极室的纯KOH或NaOH水溶液，收集阳极室的双氧水，最后计算由此得到的氢气的单位直流电耗约0.7千瓦时/立方米，产生的氢气量约为5克左右。

Claims (7)

1.一种采用电渗析海水淡化和扩散渗析的工艺条件、结合离子交换膜催生自由基离子的原理，以水为原料制备氢气和氧气及副产双氧水的方法，其特征为用离子交换膜与氢氧化钾或氢氧化钠溶液组合为水制氢的催化体系；水制氢的小室直流电压或槽电压为0-1V。

2.采用电渗析海水淡化和扩散渗析的工艺条件，以水为原料制备氢气和氧气及副产双氧水的方法，包括以下次序的几个步骤：

选用普通的电渗析器，或者选用普通的碱性电解水制氢的电解槽，或者选用普通的离子膜烧碱电解槽；用普通的阳离子交换膜或普通的阴离子交换膜将所选的电渗析器或电解槽分隔为阴极室和阳极室二个小室，或者分隔为阳极室和给料室和阴极室三个小室，选择铁或镍或不锈钢等金属作为阴极电极材料或阳极电极材料，选择活性碳或石墨等耐氧化材料作为阳极电极材料；在分隔的各小室分别加入计算量的KOH或NaOH水溶液或加入计算量的纯水，或在阳极室加入活性碳粉或加入一切能有效捕集和分解羟基自由基的催化剂或试剂，用泵或电动搅拌器分别驱使各小室的水溶液循环流动；通直流电或不通直流电或间隙式地通直流电，控制小室电压为0-1V，控制小室温度为10-60℃，不断地收集从阴极室溢出的氢气和从阳极室溢出的氧气并计量，用化学法跟踪分析各小室溶液中KOH或NaOH的浓度，当它们的浓度达到预期的要求时，停止通入直流电，关闭循环泵或电动搅拌，收集阳极室溶液中的双氧水产物，最后计算产物氢气的单位电耗。

3.一种采用本离子膜催化法还原碳酸盐制备甘油和乙二醇和甲醇和乙醇和丁四醇和戊醇和己醇等低碳混合醇的电化学法；同时也是一种利用碳酸盐制备乙醇酸和乙酸和甲酸和草酸和葡萄糖酸和丁糖酸等有机酸的电化学法；同时也是一种利用碳酸盐制备乙烷和丁烷和丙烷和戊烷和己烷等烷烃类有机物的电化学法；同时也是一种将硝酸盐等几乎所有的矿物盐还原为相应的含X-H键的可燃物(注：X表示所有的元素)的电化学法，其特征为用离子交换膜与KOH或NaOH溶液组合为一种催化体系；合成反应的同时联产氧气和氢气；水制氢的小室电压或槽电压为0-1V。

4.在水溶液中采用离子交换膜催化反应还原碳酸盐等几乎所有的矿物盐为可燃物的方法，包括以下次序的几个步骤：

选用普通的海水淡化电渗析器及其电极材料，用阳离子交换膜或阴离子交换膜将该电渗析器分隔为阴极室和阳极室二个小室，或分隔为阳极室和给料室和阴极室三个小室，在各小室分别加入计算量的质量浓度为5-50％的KOH或NaOH水溶液或加入计算量的纯水，用泵或电动搅拌器分别驱使各小室的水溶液循环流动；在阴极室加入计算量的碳酸盐或硝酸盐或硫酸盐或硅酸盐或磷酸盐等所有的矿物盐的水溶液或水悬浮液，通直流电或不通直流电或间隙式地通直流电，控制各小室的温度为10℃-60℃，控制小室电压或槽电压为0-1V，不断地收集从阳极室溢出的氧气和从阴极室溢出的氢气并计量，用碳酸盐分析仪或离子色谱仪跟踪分析加入阴极室水溶液中矿物盐的浓度，待加入阴极室水溶液中矿物盐的浓度下降至预期值时即停止通电，关闭循环泵或电动搅拌，收集阴极室的还原产物并计量，同时收集阳极室的过氧化氢副产物，最后计算还原产物的收率。

5.一种电渗析法从多元醇等碱水混合物料液中分离或提纯KOH或NaOH联产氢气和氧气及过氧化氢的方法，其特征为用离子交换膜与氢氧化钾或氢氧化钠组合为一种催化体系；同时联产氢气和氧气；水制氢的小室电压或槽电压为0-1V。

6.采用电渗析和扩散渗析的工艺条件，从各种碱水混合物料液中分离和提纯KOH或NaOH同时联产氢气及氧气和过氧化氢的方法，包括以下次序的几个步骤：

选用普通的海水淡化电渗析器及其离子交换膜和电极材料，用阴离子交换膜和阳离子交换膜将电渗析器依次分隔为阴极室和给料室和阳极室三个小室，将阴离子交换膜靠近阳极室一边，阳离子交换膜靠近阴极室一边，其它的条件与原电渗析器基本不变；用泵或电动搅拌器分别驱使各小室的水溶液循环流动，在给料室中加入计算量的多元醇或其它各种有机物的碱水混合物料液，或加入本实施例3-7制备的各种碱水混合物溶液，在各小室分别加入计算量的KOH或NaOH水溶液或加入计算量的纯水溶液，通直流电或不通直流电或间隙式地通直流电，控制小室温度为10℃-60℃，控制小室电压为0-1V；不断地收集从阴极室析出的氢气和从阳极室吸出的氧气并计量，用化学法跟踪分析，当给料室溶液中的KOH或NaOH的浓度≤0.5％时，停止通直流电，关闭泵或搅拌；从阴极室回收分离出来的纯KOH或NaOH；从给料室收集多元醇等有机物水溶液或收集加入的上述实施例3-7制备的各种还原可燃物水溶液；从阳极室回收副产的过氧化氢，最后计算KOH或NaOH的回收率及其氢气的单位电耗。

7.阴离子交换膜或阳离子交换膜作为一种催生自由基离子的催化剂在水制氢领域和合成反应领域和分离及提纯氢氧化钾或氢氧化钠领域的应用。