无需在CO中进行阳极气体分离gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba通过液体到液体阳极升级的电还原系统gydF4y2Ba

CO的电化学转化gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR)转化为多碳(CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba})产品是一种很有前途的降低净CO的方法gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba排放gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba．现有最好的COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR流池系统gydF4y2Ba^{2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba3 gydF4y2Ba}零间隙膜电极组装(MEA)系统gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba}实现CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}法拉第效率(FEs) 70%和CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}局部电流密度超过1acmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}在流式电池和超过100毫安厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}在多边环境。这些生产力水平与工业应用有关gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

然而，当今CO的总能量gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba无论是小gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}电解的能量太高——例如，当以乙烯为目标时，当今的电合成系统生产乙烯所需的能量比产品本身所含的能量足足多8倍gydF4y2Ba^{8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba}．主要的能源成本发生在电解槽和下游分离步骤(见方法:能源评估和补充说明)gydF4y2Ba1gydF4y2Ba在SI)gydF4y2Ba^{7gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba}．已建立的降低电解能量需求的方法包括增加目标产物的选择性gydF4y2Ba^{5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba}并加入替代阳极反应gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba}．与下游CO分离相关的主要能源和经济惩罚gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba保持挑战gydF4y2Ba^14gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

下游分离需要分离产品和回收未转化的COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba从产品流和电解质gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba．回收有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba成本特别高，在中性和碱性介质CO的情况下，需要总能量输入的25%和70%gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba无论是小gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}电解槽分别gydF4y2Ba^{8gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba}．现在的公司gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR催化剂在局部高碱性条件下(pH为> 12)催化CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}阴极产生gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．然而，形成碳酸盐的副反应(COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba+哦gydF4y2Ba^−gydF4y2Ba→公司gydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}^{2−gydF4y2Ba}或HCOgydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}^−gydF4y2Ba)在碱性条件下更受青睐，消耗大部分COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba注射gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

使用中性电解质(如KHCO)操作gydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba})在膜电极组装单元中减缓COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba的损失。然而，大量CO的输入gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(比转化为C的部分多3倍gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba})穿过阴离子交换膜(AEM)，以碳酸盐/碳酸氢盐的形式到达阳极，与阳极反应产生的质子结合，并转化回COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

在阳极，交叉COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba与O结合gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba通过析氧反应(OER)产生60-80% CO的气体混合物gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba20-40% OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba^{16gydF4y2Ba,gydF4y2Ba17gydF4y2Ba}．这种混合物不能直接循环到阴极中，因为氧还原将在阴极中占主导地位gydF4y2Ba^18gydF4y2Ba．结果，CO分离gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba是阳极下游所需要的，每生产一吨乙烯会增加50-100 GJ的能量损失(见补充注gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)——能源成本大于石化乙烯生产的能源消耗(67.5 GJ吨)gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}）gydF4y2Ba^19gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

最近的能源和技术经济评估表明，这种分离惩罚水平与阳极CO有关gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba恢复是令人望而却步的gydF4y2Ba^{9gydF4y2Ba,gydF4y2Ba15gydF4y2Ba,gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba}．在酸性条件下工作gydF4y2Ba^{14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba21gydF4y2Ba,gydF4y2Ba22gydF4y2Ba}提出了一种消除CO的新策略gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba交叉和相关的阳极分离能。然而，至少就目前而言，这种方法在与高全电池电压和低C相关的电解步骤中会产生较高的能源成本gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}酸性环境中的FE(图。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba、表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba):目前在酸性CO中生产乙烯的能量强度gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR型电解液比传统的aem型电解液(图。gydF4y2Ba1 egydF4y2Ba、表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．进一步的努力需要致力于开发新的催化剂和系统，以解决由酸性环境引起的电压、选择性和稳定性问题。gydF4y2Ba

我们采取了一种能够直接回收CO的策略gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba从无能量惩罚的阳极气流。与之前的工作一样，MEA电解器的阴极室持续供应COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．阳极室采用近中性阳极液(例如1 M KHCO)gydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba})含有一种液相前体，可被电化学氧化。AEM分离了阴极和阳极，为CO提供了有利的局部碱性条件gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR。在这个系统中，一些输入COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(流速:F1 mol sgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba})穿过到阳极;一部分转化为生成物(F3);部分产品通过了MEA (F4)。该系统的一个关键特征是，阳极出口气体可以再循环(F2)作为阴极的入口气体。碳效率定义为:gydF4y2Ba^14gydF4y2Ba

在一个普通的基于aem的零间隙COgydF4y2Ba_2gydF4y2Bar - oer电解槽(图;gydF4y2Ba1 a, bgydF4y2Ba)，输入碳的很大一部分(F2，大约是F3的三倍gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba})从阴极穿过到阳极，并与阳极过程中的质子结合，生成气态COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．在不进行再循环的情况下，该系统的碳效率(<30%)接近于普通的MEA电解槽。gydF4y2Ba

我们注意到，如果阳极反应在本质上是全液态的，也就是说，如果它避免OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba进化-那么这种方法就避免了这种CO的污染gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba含氧流gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．回收的COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba是高纯度(>99%)，可以直接回收到阴极(图。gydF4y2Ba1 dgydF4y2Ba),也就是说,gydF4y2BaF1gydF4y2Ba=gydF4y2BaF3gydF4y2Ba+gydF4y2BaF4gydF4y2Ba．这样的系统打破了25%的COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba利用极限gydF4y2Ba^15gydF4y2Ba在基于aem的电解槽中，避免了与阳极气体分离相关的全部能量损失，并且这样做不会导致全电池电压或乙烯选择性的损失gydF4y2Ba^7gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

该方法需要全液相阳极过程，产生质子(或消耗氢氧化物)，并在接近中性的介质中运行。候选阳极反应包括水-过氧化氢gydF4y2Ba^{23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba}, chloride-to-hypochloritegydF4y2Ba^25gydF4y2Ba，以及广泛的有机氧化反应(OORs)gydF4y2Ba^{13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba26gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba}．然而，先前发表的过氧化氢和次氯酸盐生产催化剂导致气态副产物gydF4y2Ba^{23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba,gydF4y2Ba25gydF4y2Ba}．gydF4y2Ba

这里我们采用阳极有机氧化反应。最近的技术经济分析gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba}建议用OOR代替OER，作为降低全电池电压并从电池两侧生产可销售产品的机会。候选的OOR反应包括葡萄糖的氧化gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba、甘油gydF4y2Ba^1gydF4y2Ba,糠醛gydF4y2Ba^27gydF4y2Ba, 5-hydroxymethylfurfuralgydF4y2Ba^28gydF4y2Ba、醇gydF4y2Ba^{10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba}或任何其他生物质多元醇和单糖。CO的耦合gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR和有机物的氧化已在h细胞中得到证实gydF4y2Ba^{10gydF4y2Ba,gydF4y2Ba11gydF4y2Ba,gydF4y2Ba12gydF4y2Ba,gydF4y2Ba28gydF4y2Ba,gydF4y2Ba29gydF4y2Ba}，液养怜槽gydF4y2Ba^30.gydF4y2Ba，气馈流式电池gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba}，以及MEA电解器gydF4y2Ba^31gydF4y2Ba．电化学CO还原与OOR的耦合最近已在MEA电解槽中得到证实gydF4y2Ba^8gydF4y2Ba．然而，先前采用OOR作为阳极过程的系统并没有关注整体碳效率:最近的气体- cogydF4y2Ba_2gydF4y2Ba美联储有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在强碱性电解质(pH值> 14)中运行的ror - oor系统gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba13gydF4y2Ba,gydF4y2Ba31gydF4y2Ba}，导致严重的能量损失，与(bi)碳酸盐再生回碱性和CO有关gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

葡萄糖丰富的生物质，平均市场价格为400-500美元吨gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba32gydF4y2Ba}主要由淀粉制成。2017年，美国生产了超过500万吨葡萄糖(gydF4y2Bahttps://www.statista.com/statistics/496485/glucose-production-in-the-us/gydF4y2Ba)．葡萄糖的电化学氧化产生葡萄糖酸盐，葡萄糖醛酸盐和葡萄糖酸盐(图。gydF4y2BaS1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba^{33gydF4y2Ba,gydF4y2Ba34gydF4y2Ba}，这些都是生产生物聚合物的原料gydF4y2Ba^35gydF4y2Ba和药品gydF4y2Ba^36gydF4y2Ba．葡萄糖酸的市场价格为700-1600美元/吨gydF4y2Ba^{32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba37gydF4y2Ba,gydF4y2Ba38gydF4y2Ba}．预计葡萄糖酸的市场规模为8000万美元gydF4y2Ba^39gydF4y2Ba(2024)。最近的技术经济评估估计了这一点gydF4y2Ba^{32gydF4y2Ba,gydF4y2Ba40gydF4y2Ba}可再生能源驱动的葡萄糖电化学氧化反应在经济上是可行的。在中性和近中性电解质的工业相关反应速率上，GOR优于OERgydF4y2Ba^41gydF4y2Ba．GOR还提供电解节能，热力学电位为0.05 VgydF4y2Ba^1gydF4y2Ba，显著低于OER (1.23 V)。gydF4y2Ba

在这项工作中，我们将CO配对gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba研究了葡萄糖氧化反应(GOR)的液相阳极氧化工艺策略。该系统的全电池电压为1.9 V，总碳效率为48%，可产生262 GJ/吨乙烯，与目前最先进的单级CO相比，能源强度降低了46%gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba无论是小gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}设备。gydF4y2Ba

催化剂表征gydF4y2Ba

执行COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba将纳米铜粒子和全氟磺酸(PFSA)离子沉积在疏水多孔聚四氟乙烯(PTFE)气体扩散电极上。PTFE气体扩散电极预溅射200 nm厚的多晶Cu以提高导电性(详见方法)。扫描和透射电子显微镜(分别为SEM和TEM)图像显示了由几十纳米厚的PFSA离聚体薄膜结合的铜纳米颗粒组成的表面形貌(图2)。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)．阳极电极由Pt/C纳米颗粒和PFSA离聚物均匀混合在亲水和高度多孔的碳纤维布基板上(详情见方法)。SEM图像证实，阳极由大孔碳纤维组成(图2)。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba)均被Pt/C纳米颗粒和PFSA复合材料覆盖(如图所示)。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba)．图中TEM图像gydF4y2Ba2摄氏度gydF4y2Ba结果表明，铂纳米颗粒的直径在5 ~ 10 nm之间。能量色散x射线能谱(EDS)元素作图显示Pt均匀分布在C纳米颗粒表面(图2)。gydF4y2Ba2e和ggydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

CO的电化学表征gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统gydF4y2Ba

我们进行了线性扫描伏安法(LSV)测量来研究CO的电化学响应gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统，阴极Cu负载为0.5 mg cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}阳极铂负载为2毫克厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(无花果。gydF4y2Ba3a及bgydF4y2Ba)．当我们不添加葡萄糖到阳极液(COgydF4y2Ba_2gydF4y2Bar - oer)，电解槽的电流密度为94 mA cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}全电池电压为3v。100ma cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}，当我们引入葡萄糖，将其在阳极液中的浓度从0.1增加到0.5 M和1 M时，全电池电压从2.90下降到2.18 V和2.23 V。葡萄糖浓度0.5 M和1 M时的全电池电压相当接近:我们将此归因于阳极的电动动力学限制gydF4y2Ba^42gydF4y2Ba:在0.5 M时，葡萄糖分子饱和了Pt催化剂的活性位点，因此，将浓度增加到1 M并不能使电池电压进一步降低。葡萄糖浓度进一步增加到2 M，全电池电压增加，即在100 mA cm时增加2.40 VgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}因为Pt被葡萄糖和氧化中间体过量覆盖gydF4y2Ba^43gydF4y2Ba．因此，我们采用1 M葡萄糖进行性能调查。gydF4y2Ba

通过LSV和计时电位测量，我们研究了不同温度下的电压-电流密度依赖性(图2)。gydF4y2Ba3b及cgydF4y2Ba)．将操作温度从20提高到35gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC降低全电池电压0.1-0.3 V在广泛的电流密度从80到160毫安厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(无花果。gydF4y2Ba3b及cgydF4y2Ba)，归因于加速电化学动力学。当操作温度从35增加到50时，观察到类似的全电池电压降低gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC。gydF4y2Ba

同时实现高乙烯FE和低氧FEgydF4y2Ba

保持低OER FE对于确保高GOR效率和回收CO的足够纯度至关重要gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．在现行条例中gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在RR-GOR系统中，我们发现阴极和阳极催化剂需要精心设计才能实现COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba恢复策略。gydF4y2Ba

在之前的研究中，阴极Cu (COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR)和阳极Pt (GOR)为1 mg cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba44gydF4y2Ba}0.5毫克厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba8gydF4y2Ba}．当我们在CO中使用这些构型时gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统，当寻求在100 mA cm以上工作时，我们获得了>3.4 V的高全单元电压gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba},无花果。gydF4y2BaS5agydF4y2Ba，与CO相比优势不大gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-OER系统(图。gydF4y2BaS3gydF4y2Ba)．高的全电池电压降低了GOR相对于OER的选择性，导致阳极OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba>8%的FE(图;gydF4y2BaS5bgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

重新检查Pt负载对于将全电池电压降低到<2.4 V是必要的(图2)。gydF4y2BaS5agydF4y2Ba)，因此是OgydF4y2Ba_2gydF4y2BaFE至<1%(图;gydF4y2BaS5bgydF4y2Ba)电流密度为120ma cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}．然而，在这个电流密度下，COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR对乙烯的选择性约为30%。gydF4y2BaS5c dgydF4y2Ba)，显著低于Cu的40-45%基准gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba}．为了达到这一基准，系统必须运行在200毫安厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(无花果。gydF4y2BaS5dgydF4y2Ba)，全电池电压为3.23 V和OgydF4y2Ba_2gydF4y2BaFE为7%(图;gydF4y2BaS5a bgydF4y2Ba)．这并不是通过进一步增加铂负载来克服的。gydF4y2BaS5agydF4y2Ba)，如图所示。gydF4y2BaS5gydF4y2Ba．调整铜负载改变所需的电流密度，以最大限度地提高乙烯FE。因此，我们对0.5毫克厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}铜阴极与2毫克厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}Pt阳极，在工业相关电流密度下同时实现最大乙烯FE和低氧FE。gydF4y2Ba

当运行在100毫安厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}和50gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC, COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统的全电池电压为1.8±0.1 V，比传统CO低1.6 VgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在相同电流密度和温度下的r - oer系统gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba．我们将这种低的全电池电压归因于GOR比OER低的热力学势(0.05 vs. 1.23 V)和阳极催化剂对GOR的高活性。如此低的全电池电势显著降低了电力需求(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．100ma cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}时，系统在2时提供42%、48%和44%的乙烯fegydF4y2Ba^ogydF4y2BaC, 35gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC，和50gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC(无花果。S7,gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba、表gydF4y2BaS5gydF4y2Ba,gydF4y2BaS6gydF4y2Ba而且gydF4y2BaS8gydF4y2Ba)．cu溅射在PTFE GDE上不太可能参与COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR:我们观察到在疏水性碳素纸上喷涂铜纳米颗粒时的类似性能。gydF4y2BaS4gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

我们研究了在较宽的电流密度范围内(80 ~ 160 mA cm) GOR的选择性gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba})和工作温度(图;gydF4y2Ba3 egydF4y2Ba、表gydF4y2BaS7gydF4y2Ba而且gydF4y2BaS9gydF4y2Ba)．温度从20度上升到50度gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC，我们检测到阳极液pH略有增加(从pH 7.9到8.3，图。gydF4y2BaS10gydF4y2Ba)，这是由于CO的溶解度较低gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在温暖的阳极液中。我们检测到葡萄糖酸盐是GOR的主要产物(>49% FE)，在140 mA cm时达到58%的平台gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}．GOR产品的完整分析如图所示。gydF4y2BaS12gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba向gydF4y2Ba．在80 mA和160 mA cm的电流密度下，向氧方向的fe保持在<3%gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(在100ma cm时<1%gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}全电池电压为1.80 V)，这是由于OER动力学迟滞(图。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

回收有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba

的有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba回收策略需要高COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba回收效率，在本工作中定义为:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba我gydF4y2Ba指电流和gydF4y2BaFgydF4y2Ba法拉第常数。这里是COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba穿过阳极的是碳酸盐gydF4y2Ba^17gydF4y2Ba．实验表明，COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在阳极处收集的氢氧根的化学计量特征与氢氧根的化学计量特征一致gydF4y2Ba^-gydF4y2Ba产生和电子转移gydF4y2Ba^17gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba3 fgydF4y2Ba)，表示产地来源证gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba回收率接近100%(图;gydF4y2Ba3 ggydF4y2Ba)．此外，阳极COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流量比O大3个数量级gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba3 fgydF4y2Ba)，表示一氧化碳的纯度gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba从超过99%的阳极气流中回收(图;gydF4y2Ba3 ggydF4y2Ba)．低水平的OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba可以直接回收阴极中的阳极气流，而不需要分离和相关的能源成本。值得注意的是，氧气分数超过1.8%会使CO恶化gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR选择性，如图所示的对照研究。gydF4y2BaS3gydF4y2Ba)．具体来说，阴极气体产物FE分布(图;gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba)gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-ORR，和阳极COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流直接送入阴极，CO的绝对值接近5%以内gydF4y2Ba_2gydF4y2Bar - oer电解槽(图;gydF4y2BaS3gydF4y2Ba)．对照实验(图;gydF4y2Ba向gydF4y2Ba,gydF4y2BaS14系列gydF4y2Ba),gydF4y2Ba^13gydF4y2BaC丰度分析gydF4y2BaS4gydF4y2Ba)表明>为99.8%的阳极COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba不是来自葡萄糖的过度氧化。这些实验观测结果与图中所提供的物质平衡分析很好地吻合。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba．gydF4y2Ba

避免阴极侧COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR液体产品交叉gydF4y2Ba

CO法生产乙烯gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR伴随着液相产物，如乙醇、醋酸酯和丙醇，其中大部分穿过膜进入阳极流gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba．液体产品的阴极-阳极交叉是CO的一个挑战gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR，因为这些产品在阳极液中有氧化和稀释的风险。阳极一侧的OOR存在额外的风险，即阴极产生的液体会污染液体阳极产品流和气体COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流gydF4y2Ba^{1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba27gydF4y2Ba}．当我们把温度从20提高到50gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC，我们发现fe元素倾向于CO的主要气体产物gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR (CgydF4y2Ba_2gydF4y2BaHgydF4y2Ba_4gydF4y2Ba在恒流密度为100 mA cm时，CO)从48%增加到56%gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(无花果。S4,gydF4y2Ba3d和hgydF4y2Ba)．这一观察结果与以往研究一致，归因于CO的正熵变gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRRgydF4y2Ba^{45gydF4y2Ba,gydF4y2Ba46gydF4y2Ba}．FE向CO的液态产物转移gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR从24%下降到9%，这一趋势与之前的报告一致gydF4y2Ba^4gydF4y2Ba．较高的温度显著降低了乙醇和正丙醇的交叉(图。gydF4y2BaS8gydF4y2Ba)到阳极一侧，我们将这一发现归因于进入阴极气流的蒸发速率增加。因此，液态CO的重量比gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在50时，阳极液中RR产物与GOR目标产物的比值<1%gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC(图。gydF4y2BaS9gydF4y2Ba)，而35岁的比例为1.4%gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC(图。gydF4y2BaS9gydF4y2Ba)．鉴于以下证据:(i)总产地来源证gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR FE接近100%(图;gydF4y2Ba3 dgydF4y2Ba，由于阳极氧化造成的损失可以忽略不计)和(ii)在阳极液的CV曲线中没有乙醇氧化信号(图。gydF4y2BaS14系列gydF4y2Ba)，得出CO的氧化gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR液产物在阳极处不显著。因此，在适度升高的温度下工作有利于COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba通过降低全电池电压，抑制液态CO的形成和交叉，实现了RR-GOR体系gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR产品。gydF4y2Ba

有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统性能gydF4y2Ba

在这些发现的鼓舞下，我们探讨了CO的碳效率上限gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统。广泛使用的方法gydF4y2Ba^{14gydF4y2Ba,gydF4y2Ba21gydF4y2Ba}确定碳效率上限就是限制COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阴极流的有效性和测量F3 (COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba转化为产品)和F1 (CO .gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba喂养)。电流和FE分布决定F2和F3。通过调节F1来调节COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba可用性。在CO中gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR体系，F1 = F3 + F4，意味着需要通过降低F1来抑制F4以达到高碳效率。原则上，在给定的电解系统中，F1、F2、F3、F4的相对值与电解槽面积成正比。因此，我们在本研究中通过电解槽面积将所有流速归一化，以关注该系统的内在特性。gydF4y2Ba

减少输入COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流量增加碳效率，这是典型的在这些系统(表gydF4y2BaS10gydF4y2Ba和无花果。gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba)．在入口COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流量0.18立方厘米厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(流速由电极面积归一化)，系统总输送CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}在100 mA cm的恒电流密度下，FE为~34%gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}全电池电压为1.90 V，对应于对所有CO的碳效率为75%gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR产物(总碳效率，图;gydF4y2Ba4a和bgydF4y2Ba)，超过中性介质CO中碳效率上限gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR电解槽gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba}．在此条件下乙烯FE稳定在~26%，相当于COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba-乙烯碳效率~36%(图;gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba)．这一碳效率比CO的理论上限(25%)高出1.4倍gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在传统的，中性介质，aem基电解槽中的乙烯转化gydF4y2Ba^14gydF4y2Ba．限制流速会导致氢FE显著增加(图2)。gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)，我们和其他人gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba}归因于CO的传质限制gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．GOR在阳极保持一致的选择性和生产力，独立于COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阴极气流中的有效性(图;gydF4y2Ba4gydF4y2Ba和表gydF4y2BaS11gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

碳效率和乙烯FE之间的平衡是CO的典型特征gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba乙烯电解gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba14gydF4y2Ba}(无花果。gydF4y2Ba4a和bgydF4y2Ba)．较高的碳效率降低了阴极分离的能量需求，但随之而来的乙烯FE的降低增加了电解槽的比能量需求。为了协调这些指标，我们评估了各种CO的总输入能量(每吨乙烯生产的电能、阴极分离和阳极分离)gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR方法(参见“方法”)gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba．我们发现COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统的最低能耗为262 GJ /吨乙烯，并且是在输入CO的情况下实现的gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流量0.36立方厘米厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}，对所有CO的总碳效率为48%gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR产品。在此条件下，向C方向的FEgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}和乙烯分别为45%和32%(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

与最先进的常规CO相比gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba乙烯体系(即基于AEM和中性电解质的mea)， COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统消除了阳极分离能(>53 GJ /吨乙烯，补充注gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．乙烯生产的整体能源强度比最节能的先前CO低46%gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba中性和酸性CO之间的RR体系gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba到乙烯电解槽(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

稳定，碳效率高gydF4y2Ba

稳定性是CO工业化应用的前提gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR。然而，长期操作COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba具有高碳效率的RR(如COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba碳效率>40%)迄今尚未实现。最好的COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba运行100 h时，碳效率<4%gydF4y2Ba^6gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

我们进行了扩展COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR在操作条件下，使乙烯生产的能量强度最低。的有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR体系实现了阴极C的稳定电合成gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}和阳极产品超过80小时，电流密度为100毫安厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}，与常规多边环境协定的稳定性相当gydF4y2Ba^{4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba6gydF4y2Ba}．该系统保持平均全电池电压为1.90±0.1 V，平均总电压为CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}FE为42%，对所有CO的平均碳效率为~45%gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR乘积(图;gydF4y2Ba4摄氏度gydF4y2Ba、表gydF4y2BaS12gydF4y2Ba)．同样，我们检测到整个过程中稳定的GOR生产力(图。gydF4y2Ba4摄氏度gydF4y2Ba、表gydF4y2Ba向gydF4y2Ba)．值得注意的是，这个COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba无论是小gydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}电解槽在保持高碳效率的同时表现出高稳定性。gydF4y2Ba

我们证明了配对COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在中性介质中采用全液体阳极反应，在可再生化学品和燃料的电合成中结合了高碳效率和低能量输入。实现这一策略的一个关键是配对阴极和阳极上的催化剂质量负载，以最大限度地提高COgydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR产物选择性和最小化阳极OER选择性同时。的有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba从阳极下游回收的交叉到阳极的高纯度>99%。退还产地来源证gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba对于阴极上游，该策略实现了高COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba转化率高达75%。该组合系统在电流密度为100 mA cm时实现了1.90 V的低全电池电位gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}稳定的电合成CgydF4y2Ba_{2 +gydF4y2Ba}在保持高CO的情况下，产品可以保持80小时以上gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba转化率为45%。考虑到总电力和下游分离能源成本，该方法每吨乙烯的总能源强度为262 GJ，比以前的CO降低了46%gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR电解槽。这为实现CO的高碳效率提供了一条途径gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR电解。gydF4y2Ba

材料gydF4y2Ba

碳酸氢钾(KHCOgydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}， 99.7%)， d -葡萄糖(99.5%)，铜纳米颗粒(25 nm)， NafiongydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba1100 W (5 wt.)在低脂肪醇和水的混合物中%)和Pt/C (40 wt。% Pt在Vulcan XC72上)从Sigma Aldrich购买，并在收到时使用。aquvion D79-25BS离聚体从燃料电池商店购买。阴离子交换膜选用Piperion (40 μm)，购自W7Energy公司，保存于0.5 M KOH中。本研究使用的水为18 MΩ milliq去离子水。gydF4y2Ba

电极gydF4y2Ba

产地来源证gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba采用1 mg mL的催化剂油墨喷涂沉积法制备了气体扩散电极gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}含0.25 mg mL的铜纳米颗粒gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}全氟磺酸树脂gydF4y2Ba^TMgydF4y2Ba1100w甲醇到PTFE衬底上，预溅射有200 nm厚的多晶Cu层。以1 Å s的溅射速率制备了Cu靶材gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}磁控溅射系统中的聚四氟乙烯薄膜gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba．铜纳米颗粒在GDE上的质量负载在0.5 ~ 1.0 mg/cm之间gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．实验前将gde在空气中干燥一夜。gydF4y2Ba

对于GOR阳极电极，首先将市售Pt/C与离聚体(Aquivion D79-25BS)在玻璃烧杯中物理混合，然后超声1小时。然后将得到的催化剂油墨喷涂在亲水碳布的两侧，直到Pt负载量为0.5-3.2 mg cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}是实现。gydF4y2Ba

特征gydF4y2Ba

采用FEI Quanta FEG 250环境扫描电镜(SEM)对阴极和阳极进行扫描电镜(SEM)成像。过渡电子显微镜(TEM)图像和元素映射是由FEI Titan 80-300 kV TEM显微镜获得的。电极的x射线光电子能谱(XPS)由型号5600,PerkinElmer使用单色铝x射线源测定。gydF4y2Ba

CO的组装gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统gydF4y2Ba

MEA组(5厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)是从Dioxide Materials购买的。将阴极切割成2.5 cm × 2.5 cm的片状，放置在具有2.23 cm × 2.23 cm流动窗口的MEA阴极板上。阴极的四个边缘用铜带密封，然后用卡普顿胶带密封，并确保胶带没有覆盖流动窗口。在阴极上小心地放置一个Piperion AEM (40 μm, 3 cm × 3 cm)。在阴极上放置一个2.23 cm × 2.23 cm窗口的垫片。将负载Pt/C的碳布阳极(2 cm × 2 cm)放置在AEM上。gydF4y2Ba

电化学测量gydF4y2Ba

本研究所有数据均以0.5 mg/cm采集gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba铜(阴极)和2毫克/厘米gydF4y2Ba^2gydF4y2BaPt(阳极)，除非另有说明。所有性能指标都是在特定条件下稳定至少1000秒后记录的。在这项工作中报告的全电池电压没有红外校正。所有的误差条以基于三次测量的标准偏差表示。电位截止值设置为10v，加在电池上的电流范围为0.2-1.0 A。gydF4y2Ba

评估CO的绩效gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在不同条件下的RR-GOR系统中，在MEA的阴极侧加入COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba流量(0.18-10 sccm cmgydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}电极面积，10立方厘米厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}(如未指明)来自两个产地来源证gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba给料和阳极气流，除非另有说明。阳极侧用含有1 M KHCO的溶液循环gydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}用蠕动泵以10 mL/min的速度注射不同浓度(0.1-2 M)的葡萄糖。阳极液储液器和气液分离器采用具有4个进出通道(进气口、出气口、进液口、出液口)的气密玻璃瓶。在典型CO中gydF4y2Ba_2gydF4y2Barr - gregor性能评估表明，气体进口通道是密封的，气体出口通道连接到“Y”形油管连接器。gydF4y2Ba

由于阳极液储层/气液分离器是气密的，COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba给料流和阳极流之间的压力最终将得到平衡，并从两侧促进稳定的流量。电化学测量使用恒电位器(Autolab PGSTAT204带10 a升压器)进行。gydF4y2Ba

加热CO的辅助系统gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-OOR电解槽示意图如图所示。gydF4y2BaS15gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

评估CO的绩效gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-OER系统，和CO的设置一样gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba采用RR-GOR体系，只是阳极气流排出，阳极液中不含葡萄糖。gydF4y2Ba

为了评估HER-GOR系统的性能，将阴极替换为Pt/C催化剂喷涂在负载为1.0 mg cm的疏水性碳纸上gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}．阴极馈电为8立方厘米厘米gydF4y2Ba^{−2gydF4y2Ba}NgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba执行;执行;gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

产品分析gydF4y2Ba

的有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR气体产物，氧气和COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba通过将气体样品注入气相色谱仪(Perkin Elmer Clarus 590)，并结合热导率检测器(TCD)和火焰电离检测器(FID)进行分析。气相色谱仪采用分子筛5a毛细管柱和以氩气为载气填料的Carboxen-1000柱。用气泡柱测量了进出电池的气体体积流速。气体产物的FE计算公式如下:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaxgydF4y2Ba_我gydF4y2Ba气体积的体积分数是多少gydF4y2Ba我gydF4y2Ba,gydF4y2BaVgydF4y2BaMEA阴极出口气体流速为L sgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}(由气泡流量计测量)，gydF4y2BaPgydF4y2Ba为大气压101.325 kPa，gydF4y2BaRgydF4y2Ba理想气体的常数是8.314 J mol吗gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba}KgydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},gydF4y2BaTgydF4y2Ba为K单位的室温，gydF4y2BangydF4y2Ba_我gydF4y2Ba生成一分子产物所需的电子数是多少gydF4y2BaFgydF4y2Ba法拉第常数是96485摩尔吗gydF4y2Ba^{−1gydF4y2Ba},gydF4y2BaJgydF4y2Ba为a中的总电流。为了分析阳极气流成分，将阳极液储层的气体出口通道与油管断开，以便循环到阴极。从阳极液储层的“气体入口”通道输入20 sccm的氩气流量作为载气，以促进CO的准确分析gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba和OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阳极气体中的组分。gydF4y2Ba

从SC-MEA的阴极侧的液体产品收集使用冷阱包含5 mL 0gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC水。采用质子核磁共振波谱法分别定量阴极侧和阳极液侧收集的液体(gydF4y2Ba^1gydF4y2BaH NMR)在安捷伦DD2 500光谱仪DgydF4y2Ba_2gydF4y2BaO采用水抑制方式和二甲基亚砜(DMSO)作为内标。典型的gydF4y2Ba^1gydF4y2BaGOR的H NMR谱如图所示。gydF4y2BaS11gydF4y2Ba．每个液品定量图采用新鲜阳极液，采集时间为30~60分钟。液体产品的FE计算公式如下:gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba米gydF4y2Ba_我gydF4y2Ba液体产品的数量是多少gydF4y2Ba我gydF4y2Ba在摩尔,gydF4y2BatgydF4y2Ba是产品收集的持续时间(1800~3600秒)。gydF4y2Ba

评价CO的稳定性gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR-GOR系统，COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba用上述方法对RR气体和阴极产物FE进行了评价。取50 μL(总容量为10升)阳极液，周期性(每15 ~ 20h)采样gydF4y2Ba^1gydF4y2BaH核磁共振分析。CO的数量gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba由该时段开始到结束的浓度增量，推导出某一时段内过渡到阳极液的RR液体产物和GOR液体产物。gydF4y2Ba

还使用配备Aminex HPX-87H柱(Bio-Rad)和反射指数检测器的高效液相色谱法(UltiMate 3000 HPLC)测量GOR的副产物。洗脱液为0.05 M HgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba所以gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba，列数保持在60gydF4y2Ba^ogydF4y2BaC。gydF4y2Ba

阳极COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba、有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba从气缸，KHCOgydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}葡萄糖分析δgydF4y2Ba^13gydF4y2BaC在多伦多大学地球生物学同位素实验室，使用斐尼根气体工作台和热斐尼根MAT 253气源同位素比监测质谱仪gydF4y2Ba^47gydF4y2Ba．将Finnigan Gas Bench样品托盘加热至72°C，并装入CO小瓶gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba气体样品。样品瓶首先用氦气冲洗。有限公司gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba从阳极气流和钢瓶中提取的样品直接注入到小瓶中。的KHCOgydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}样品与磷酸反应释放COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba．葡萄糖样品(60~300 μg)与1 mL氧化剂溶液(100 mL HgydF4y2Ba_2gydF4y2BaO + 4.0 g KgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba_2gydF4y2BaOgydF4y2Ba_8gydF4y2Ba+ 200 mL 85% HgydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}阿宝gydF4y2Ba_4gydF4y2Ba)释放一氧化碳gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba^48gydF4y2Ba．测量的碳同位素与参考物质CaCO进行了比较gydF4y2Ba_{3 gydF4y2Ba}MERCK(内部标准)、IAEA-CO-8、NBS-19和IAEA-CO-1(国际原子能机构环境与贸易参考产品)。碳同位素数据以相对于维也纳Pee Dee Belemnite (VPDB)的标准delta (δ)符号报告。gydF4y2Ba

能源评估gydF4y2Ba

我们评估了乙烯(世界上产量最大的原料)电解槽电、阴极分离和阳极分离的能耗。我们考虑最先进的COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba文献中的RR系统，包括中性MEA电解槽，酸性流池和MEA。这种考虑是基于性能指标，包括选择性、生产率和全电池电压——它们的组合反映为生产多碳产品(即乙烯)的能量强度。这些性能指标的接近将有助于细化阳极和阴极分离对生产乙烯的能量需求的影响。我们总结了所有系统的输入参数到模型中。这些输入参数大部分列在表中gydF4y2Ba1gydF4y2Ba都来自文学gydF4y2Ba^9gydF4y2Ba这个工作。阴极气体分离分为两个步骤:(i)变压吸附去除COgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba；(ii)低温蒸馏从氢和CO中分离乙烯。我们采用了最广泛使用的模型之一gydF4y2Ba^20.gydF4y2Ba(即沼气升级)用于评估与阴极气体分离相关的能源成本。阳极CO的能量评估gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba/ OgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba分离评估详见附注gydF4y2Ba1gydF4y2BaSI。gydF4y2Ba

对于酸性流池和MEA电解槽，考虑到没有CO，我们假设与阳极分离相关的能量成本为零gydF4y2Ba_2gydF4y2Ba阳极气体流的可用性gydF4y2Ba^14gydF4y2Ba．阳极氧化戈尔产品的分离能不包括在本次评估中。之前的技术经济评估gydF4y2Ba^40gydF4y2Ba对电化学气相交换工艺进行了分析，表明电化学气相交换工艺在经济上是可行的。因此，我们假设阳极氧化戈尔产品净化所消耗的能量可以通过销售增值氧化戈尔产品完全覆盖，不包括在不同CO的比较中gydF4y2Ba_2gydF4y2BaRR设备。gydF4y2Ba