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CO₂涉及許多的制造和化學(xué)應(yīng)用，它被認(rèn)為是全球變暖的主要原因，導(dǎo)致地球大氣圈CO₂溫室氣體增加的主要原因是人類對(duì)化石燃料的燃燒。因此，近年來(lái)有很多研究致力于開(kāi)發(fā)更高效的方法，通過(guò)碳捕獲、封存和轉(zhuǎn)化來(lái)減少CO₂排放。

相反，乙醇是大家熟知的麻醉劑、消毒劑和能源。事實(shí)上，現(xiàn)代汽油燃料中約有大約10%的混合乙醇，主要來(lái)自玉米生物質(zhì)?；谶@些原因，乙醇本身就具有很高的價(jià)值，每噸交易價(jià)格約為1000美元，全球市場(chǎng)規(guī)模每年約為750億美元。

在2020年，研究人員開(kāi)發(fā)了一種高效節(jié)能、變動(dòng)成本低、碳中和或碳負(fù)擔(dān)的電化學(xué)過(guò)程，可直接將二氧化碳轉(zhuǎn)化為乙醇。由于現(xiàn)代乙醇供應(yīng)的大部分來(lái)自生物質(zhì)，大規(guī)模采用CO₂轉(zhuǎn)化作為替代乙醇生產(chǎn)技術(shù)，有助于降低酒精和食品成本，同時(shí)減少CO₂對(duì)全球變暖的影響。

下面我們將深入描述這種這種轉(zhuǎn)化過(guò)程，以及Alicat的質(zhì)量流量控制器如何用于優(yōu)化該過(guò)程。

電催化CO₂還原制乙醇

CO₂還原反應(yīng)途徑

使用適合帶隙對(duì)齊或兼容的金屬和半導(dǎo)體納米顆粒制成的不同電催化劑，可以在可見(jiàn)光照射下產(chǎn)生一系列有價(jià)值的燃料和化學(xué)品。通過(guò)改變所使用的半導(dǎo)體和金屬的配置，可以產(chǎn)生不同的化學(xué)物質(zhì)。值得注意的是，銅催化劑會(huì)產(chǎn)生各種類型的終端產(chǎn)品，包括各種有價(jià)值的碳?xì)浠衔锖脱趸铩?/span>

在一些配置中，這些反應(yīng)發(fā)生在電解池中，而在其他配置中，它們發(fā)生在陽(yáng)極和陰極之間的電解介質(zhì)中。在一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，在電解之前向CO₂噴射去離子水以對(duì)其進(jìn)行加濕，確保更均勻的發(fā)電以保持系統(tǒng)更健康。

當(dāng)使用銅催化劑時(shí)，通過(guò)控制電解質(zhì)pH、電極電位、分子添加劑和電解質(zhì)陽(yáng)離子設(shè)計(jì)等變量，可以定制CO₂ RR途徑的活性和選擇性，從而生產(chǎn)不同的最終產(chǎn)物，例如乙烯（C₂H₄ )、乙醇(C₂H₅OH)、丙醇(C₃H₇OH)。

91% FE CO₂轉(zhuǎn)化為乙醇的過(guò)程  

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室納米材料中心和 APS 開(kāi)發(fā)了一種高效的CO₂制乙醇工藝。他們的過(guò)程使用碳負(fù)載銅催化劑，在僅-0.7 V電位（相對(duì)于可逆氫電極）下實(shí)現(xiàn)了低功耗、低成本的CO₂轉(zhuǎn)化為乙醇途徑，其FE高達(dá)91%，起始電位低至-0.4 V（可逆氫電極）。

在這種配置中，純凈的CO₂被加入到一個(gè)6.8 pH的電化學(xué)池中，該池包含涂有特殊單原子碳負(fù)載銅電催化劑的石墨烯片，作為工作電極，還有一個(gè)Ag/AgCl參比電極和一個(gè)鉑絲對(duì)電極。0.1 M KHCO3溶液用作電解質(zhì)。整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，保持持續(xù)的CO₂流量，為每分鐘30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米（sccm），持續(xù)4,000秒。

使用 Alicat 設(shè)備控制CO₂電解流量

Alicat 的MC 系列質(zhì)量流量控制器旨在優(yōu)化CO₂流量，除了持續(xù)監(jiān)控工作壓力和溫度外，還可以在寬泛的流量范圍內(nèi)保持可重復(fù)且準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和控制，從而實(shí)現(xiàn)更精確的電化學(xué)電池操作和測(cè)試條件。

l 流量精度高達(dá)±0.6%讀數(shù) 或 ±0.1% F.S.

l 重復(fù)性高達(dá)± 0.1% 讀數(shù) + 0.02% F.S.

Alicat 的CODA KC 系列科里奧利質(zhì)量流量控制器適用于高濕度液體或氣體流量控制，可廣泛用于各種不同類型的電解系統(tǒng)。此外，CODA KC系列適用于寬范圍的高低壓力，可以使用同一設(shè)備來(lái)控制不同的流體混合物。CODA流量控制器適用于實(shí)驗(yàn)中使用的寬泛的流量范圍，量程范圍為40 g/h-100 kg/h。

l 液體流量精度高達(dá)±0.6%讀數(shù) 或 ±0.2% F.S.，重復(fù)性僅為 ±0.1% F.S.

l 氣體流量精度高達(dá)±1%讀數(shù) 或 ±0.2% F.S.，以較大者為準(zhǔn)。