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Science:高纯双氧水的绿色制备,为饮用水题目带来曙光

时间:2019-10-17  来源:未知   作者:admin

原标题:Science:高纯双氧水的绿色制备,为饮用水题目带来曙光

双氧水是世界上最主要的化学品之一。它在工业上和平时生活中有着普及的行使,包括造纸/纸浆业,化学相符成,废水处理,医疗消毒等等。现在工业上生产双氧水主要是经由过程大四周的荟萃蒽醌循环法。这栽手段的题目在于它的能源来自于化石燃料,从而会排放大量的二氧化碳,并产生很众的有机废料和副产物。

现阶段很众钻研做事者在致力于经由过程一栽更添绿色和非荟萃式的手段相符成双氧水。其中涉及到的材料仅仅是太阳光,空气和水。详细来说,太阳能在这个过程中被转化成电能,然后在适当催化剂的协助下,经由过程电把氧气和水转化成双氧水。在一个典型的电化学逆答器中,氧气在正极外观被还原成 HO2- 离子,同时水在负极外观被氧化成氧气,并且开释出氢离子。生成的氢离子和 HO2- 离子结相符形成吾们必要的双氧水产物。两个电极之间的液态电解质首到了离子导通的作用。

遗憾的是,用这栽手段产生的双氧水会和其它离子混在一首,必要复杂且成本高的后续别离步骤, 库蒂尼奥:拜仁就像行家庭 感谢莱万把点球让吾因而并不克直接行使在很众现场就地的行使中。

▲ 共同第一作者:Chuan Xia, Yang Xia;通讯作者:汪淏田

DOI:10.1126/science.aay1844

在最新一期的 Science 当中,莱斯大学的汪淏田课题组设计出了一栽能够行使固态电解质不息生产纯双氧水的逆答器,从而成功解决了这个难题。浅易来说,该设计行使了一栽众孔的固态电解质层。它不光能像传统的液态电解质相通有效的传输离子,而且不会消融于水中,从而不会给产生的双氧水带来任何的离子杂质 (图1b)。

张开全文

其中正极 O2 被还原成 HO2-,负极经由过程氢气氧化形成质子 H 。两者别离经由过程阴离子交换膜和阳离子交换膜移动至中间层结相符成 H2O2,再经由过程中间层的水流将纯产物带出。按照差别的行使,能够经由过程转折水的流速来产出差别浓度的双氧水。在材料方面,该课题组选用了具有雄厚含氧官能团的炭暗行为正极氧还原的催化材料,不光成本矮,而且在 200 mA cm-2 的电流密度下选择性高达 90 % 以上,产率高达3660 mol kg-1cat h-1。经由过程这个新的设计,该课题构成功相符成了差别浓度的纯双氧水产物,最高浓度高达 20 %(质量分数)。

该材料和装配还具有高安详性,运走 100 h 后,材料的活性和双氧水的选择性照样能维持在首首程度(图2 E,F)。为了论证这栽手段在废水处理中的湮没行使,该课题组把相符成的双氧水产物与息斯顿当地的雨水同化。经由过程测试,他们发现雨水中的有机污浊物含量被成功降到了饮用水标准(2 ppm)以下(图2F),这表清新该设计给世界上那些异国整洁饮用水的地区异日挑供了一栽能够的解决方案。

除此之外,该课题构成功展现了除了 H2 和 O2 以外,负极和整机的材料能够是 H2O 和空气,选择性也可达到 90 % 以上。而且,为了表明该技术在异日四周化产业中的可走性,80 cm2 的 fuel cell 也成功运走。栽栽终局外明,这栽技术将会给世界带来壮大变革,为异日的绿色、可不息、非荟萃式的化学相符成铺平道路。稀奇是在那些异国整洁饮用水的地区,经由过程该设计,人们只要经由过程空气,水和电,就能轻易得到整洁的饮用水。

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