多伦多大学开发降低环氧乙烷生产中CO2排放的电化学方法

加拿大多伦多大学的研究团队正在开发以可再生电力为基础的电化学工艺生产环氧乙烷(EO)，与传统工艺相比，可减少生产过程中的碳排放，旨在实现该过程的绿色发展。

电化学方法可以降低CO2排放，但面临两个重大挑战：一是乙烯难溶于水，而水是电化学电池内部首选的电解质溶剂，低溶解度会影响乙烯与电池阳极的相互作用，并降低氧化过程效率；二是提高电池功率可提高EO的生产效率，但会过度氧化乙烯，产生更多的CO2。

该团队通过使用电解质中的氯离子作为载体，使其在电池阳极和乙烯之间传递电荷来改善其相互作用，从而解决电化学方法中乙烯过度氧化的问题。

当电流流过电化学电池阳极时，氯离子转换为氯气，进而形成次氯酸和盐酸。次氯酸与乙烯反应形成乙烯氯醇(1-氯-2-羟基乙烷)。同时，阴极将水分解以释放氢氧根阴离子和氢气，可作为附加产品被捕获。该电池内有一层隔离其催化电极的膜，可防止电池两面的溶液混合。待阳极和阴极反应发生后，将两种溶液从电池中移出并合并，使乙烯氯醇与氢氧化物反应生成EO。在工业生产中，该操作可在连续生产中进行，以进一步提高效率。

试验结果表明：约有70%的电池电流用于生产EO产品，且不产生CO2排放；参与反应的乙烯约97%转化为EO，理论上未反应的乙烯可通过电解池再循环。电流密度为1 Acm2。该电池还以相似的效率将丙烯转化为EO。对该工艺的技术经济分析结果表明，在最佳试验条件下，生产EO的成本约为1 500美元t，与常规工艺相当。

2019年，该团队推出一种将CO2转化为乙烯的电化学工艺，中试装置可生产乙烯100 kgd。该团队计划在该中试装置上运行EO生产工艺。