三膜电解槽协同CO2电还原制CO与Na2CO3/Cl2联产：面向工业应用的创新策略

为解决CO2减排与高值化利用难题，昆明理工大学团队开发了一种三膜电解槽（CEM-LEM-PE），实现CO2在有机电解质中高效转化为CO，并联产Cl2和Na2CO3。该技术通过膜协同作用抑制副反应，产物可直接用于光气合成，兼具环境与经济效益，为工业级CO2电化学转化提供了新思路。

　　

随着化石燃料过度使用导致CO₂排放激增，全球面临严峻的气候变化挑战。电化学还原CO₂为高附加值化学品被视为潜在解决方案，但现有技术如H-cell（液相电解池）、GDE-cell（气体扩散电极电解池）和SOE-cell（固体氧化物电解池）均存在瓶颈：或受限于CO₂溶解度与析氢副反应（HER），或面临催化剂失活、高温能耗等问题，难以实现工业化应用。在此背景下，昆明理工大学的研究团队创新性地设计了三膜电解系统，通过耦合CO₂还原反应（CO₂RR）与氯氧化反应（ClOR），同步产出工业原料CO、Cl₂及Na₂CO₃，相关成果发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》。

研究团队采用三膜（阳离子交换膜CEM、液态电解质膜LEM、聚乙烯PE膜）协同架构，其中PE膜作为水屏障有效抑制副反应。关键技术包括：1）使用Au块体催化剂在[Bu₄N]CF₃SO₃/PC有机电解质中实现CO₂RR；2）通过膜控Na⁺迁移路径促进Na₂CO₃结晶；3）阳极室NaCl电解生成Cl₂并实现电解质循环。

性能评估
电化学测试显示，CO₂在-2.86 V（vs. SHE）启动还原，CO选择性达95%，电流密度提升3倍。PE膜将水渗透率降低至0.15 μL/cm²·h，显著抑制HER。

材料表征
X射线衍射（XRD）证实阴极区生成Na₂CO₃晶体，气相色谱（GC）检测到CO纯度>99%。

技术经济分析
在5.0 V槽压下，联产系统每吨CO可减排4.2吨CO₂，预计成本较传统工艺降低31%。

该研究突破性地将CO₂RR与氯碱工艺结合，三膜设计解决了传统电解池的水管理难题。产物CO和Cl₂可直接合成光气（COCl₂），用于聚氨酯、医药等产业链，而Na₂CO₃可作为工业原料。这种"一槽三产"模式不仅提升经济性，更开创了CO₂资源化利用的新范式，为碳中和目标下的工业电解技术提供了重要参考。