本發(fā)明涉及一種根據(jù)近期新發(fā)現(xiàn)的離子交換膜催化法水制氫的原理和在不需要?dú)錃獾热魏纹渌剂系那疤嵯拢糜谥苽渌^的直接水燃料電池(即以水直接為燃料和以氧氣或空氣為氧化劑的燃料電池)的方法及用途；本發(fā)明還涉及一種根據(jù)這一離子膜催化法的原理和在不輸入電能等任何能量以及不消耗任何添加劑的前提下，利用氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽為原料制備氫氧化鈉或氫氧化鉀的方法及用途，本發(fā)明的方法對于從根本上解決傳統(tǒng)的氫燃料電池的氫源及運(yùn)營成本過高的難題、以及大幅度地降低傳統(tǒng)的離子膜法生產(chǎn)燒堿的直流電耗具有重大的應(yīng)用價值。
二、
背景技術(shù)：
迄今為止，還未搜索到與本發(fā)明相關(guān)的文獻(xiàn)和資料的報道，唯一的背景技術(shù)是本發(fā)明人在近期由于發(fā)現(xiàn)了離子交換膜的催化功能從而構(gòu)建了一個用離子交換膜作為催化劑的新反應(yīng)模式(即所謂的離子膜催化法)，請參閱題名為《離子膜催化法或電滲析催化法水制氫及其應(yīng)用》的發(fā)明專利，其核心內(nèi)容就是在不輸入電能等任何能量以及不消耗任何 添加劑的前提下利用水為原料制備氫氣和氧氣，由此為徹底解決氫燃料電池的氫源及運(yùn)營成本的瓶頸問題奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，也為大幅度地降低傳統(tǒng)的離子膜法生產(chǎn)燒堿的直流電耗奠定了基礎(chǔ)，所謂的“離子膜催化法”的基本原理敘述如下：
離子交換膜不僅具有選擇性地滲析透過離子的功能，而且還具有將一切選擇性地滲析透過的離子轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的自由基或自由基離子的功能，或者說具有將低能量的水合離子轉(zhuǎn)化為超高能量的自由基或自由基離子的功能——一種離子交換膜的催化新功能。這里的“滲析透過”意指為依靠電位差或依靠濃度差或依靠壓力差或它們的合力為推動力的滲析透過，這就意味著離子交換膜的新功能可將濃度差或壓力差或位差等能量、尤其是可將水合離子的內(nèi)能裂變?yōu)槌壍淖杂苫?，這就為大幅度地降低電解水制氫或電解法制堿等電解反應(yīng)的直流電耗奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)，在此，舉本實(shí)施例1具體說明：當(dāng)陰極室的氫氧化鉀水溶液中的氫氧根離子滲析透過陰離子交換膜而鉀離子不能滲析透過的時侯，此一刻不論在陰極室還是在陽極室，氫氧根離子的摩爾數(shù)與鉀離子的摩爾數(shù)不可能相等，故此一刻不論是陰極室溶液還是陽極室溶液的電荷數(shù)都不能夠守恒，為了滿足溶液的電荷守恒定律或溶液的電中性，由此就積蓄著一種超級的必須將水合氫氧根離子和水合鉀離子裂變?yōu)殡娭行? 的自由基離子的趨勢，由這種趨勢引發(fā)水合離子的量子躍遷，從而將過剩的氫氧根離子和過剩的鉀離子裂變?yōu)殡娭行缘牧u基自由基和鉀自由基或者它們的自由基離子，由自由基化學(xué)的原理可知，自由基為超級能量的粒子，故在陽極室的羥基自由基十分容易通過二聚反應(yīng)生成新生態(tài)的過氧化氫進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氧氣和水，同時在陰極室的鉀自由基十分容易通過聚合反應(yīng)生成新生態(tài)的鉀單質(zhì)后迅即與水反應(yīng)生成氫氧化鉀和氫自由基或氫自由基正離子，接著這個氫自由基又迅即與加入的氧氣或空氣發(fā)生燃料電池型的反應(yīng)從而輸出電流，如此通過離子交換膜的選擇性就將氫氧化鉀的濃度差和壓力差的能量以及氫氧化鉀和水的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能，表觀上看上去就類似于一種直接水燃料電池(即以水為直接的燃料同時以氧氣或空氣為氧化劑的燃料電池)的性能；同樣的道理，若將該原理應(yīng)用于離子膜燒堿領(lǐng)域，就可以在不通入直流電而僅僅依靠擴(kuò)散滲析和壓差滲析的前提下，將由擴(kuò)散滲析透過陽離子交換膜的氯化鈉之水合鈉離子裂變?yōu)殁c自由基或鈉自由基離子后，迅即與在陰極室的水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫自由基或氫自由基離子，接著又迅即轉(zhuǎn)化為氫氣，同時將留在陽極室的水溶液中過剩的水合氯離子自發(fā)地裂變?yōu)槁茸杂苫蚵茸杂苫x子，再通過進(jìn)一步的自由基反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氯氣和鹽酸和次氯酸的混合物，這正是不通入直流電(直流電耗為零)也可以利用氯 化鈉為原料制備燒堿和氫氣的原理，也正是采用本方法能夠大幅度地降低離子膜法生產(chǎn)燒堿的直流電耗的原理，而且，該原理還表明，采用本發(fā)明的擴(kuò)散滲析法制備燒堿，若同時在陰極室加入氧氣或空氣，可構(gòu)成燃料電池型反應(yīng)器，不但不需要外加直流電，還可以在制備燒堿的同時輸出直流電，或者說，本方法具有既生產(chǎn)燒堿產(chǎn)品同時又聯(lián)產(chǎn)電能的可行性，這是因?yàn)楸痉椒ㄍㄟ^裂變產(chǎn)生自由基的方式可以做到盡可能地利用了氯化鈉和水的內(nèi)能。(注：這里之所以使用“裂變”的文字，是因?yàn)楸景l(fā)明人初步研究本方法的機(jī)理后，認(rèn)為水合鉀離子或水合鈉離子轉(zhuǎn)化為自由基或自由基離子主要是經(jīng)過量子躍遷的通道，主要符合量子躍遷的模式，這與原子的核裂變有些類似)。
另外，業(yè)內(nèi)人士眾所周知，氫燃料電池對于氫動力汽車、對于燃料電池電站、尤其對于人類的能源革命具有特別重大的意義，但是長期以來，氫氣的來源及其使用成本一直是氫燃料電池是否能夠普及應(yīng)用的一個致命的瓶頸，而傳統(tǒng)的電解水制氫的電耗又太高，在業(yè)內(nèi)有“用三度電制一度電氫氣”的說法，所以，顯而易見，本發(fā)明的所謂的直接水燃料電池，為徹底解決這一致命的瓶頸提供了一種全新的途徑，由下述實(shí)施例1可知，只需要對傳統(tǒng)的堿性燃料電池稍作改進(jìn)，補(bǔ)充安裝性能優(yōu)良的陰離子交換膜，即使是在陽極室不輸入氫氣等一切其它的燃料的前 提下也能發(fā)電，如果再輸入氫氣等燃料則可大幅度地提高傳統(tǒng)的氫燃料電池的輸出功率密度。本申請人曾發(fā)明了“過程1”的化學(xué)實(shí)例(祥見上述題名的發(fā)明專利的P11頁)，由“過程1”可知，利用二氧化碳廢氣和水合成有機(jī)物的反應(yīng)可放出余熱，如此估算，“過程1”制備有機(jī)物堿水混合物不需要從外部輸入反應(yīng)所需的任何能量，但該有機(jī)物堿水混合物中含氫氧化鉀40-50％，含多元醇10-20％，而將多元醇與氫氧化鉀通過蒸餾分離比較困難，能耗高，雖說用電滲析法分離較合適，但節(jié)能降耗仍不理想，所以，需要與本直接水燃料電池的技術(shù)結(jié)合起來，才可以使二氧化碳廢氣循環(huán)燃燒發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)成為現(xiàn)實(shí)。由下述實(shí)施例3可知，將本發(fā)明的直接水燃料電池改進(jìn)為堿性直接甲醇燃料電池的類型，如此就可以將上述“過程1”合成的有機(jī)物堿水混合物作為一種直接的燃料用于燃料電池的發(fā)電，醇類燃料轉(zhuǎn)化為二氧化碳廢氣或碳酸鹽和水，二氧化碳廢氣或碳酸鹽和水又通過上述“過程1”的過程轉(zhuǎn)化為醇類燃料，由此可以省略多元醇與氫氧化鉀通過蒸餾分離的一步過程，進(jìn)一步降低了能量消耗，從而為真正實(shí)現(xiàn)二氧化碳廢氣循環(huán)燃燒發(fā)電的商業(yè)化開發(fā)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
三、
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的之一是提供一種以水為直接的燃料和以氧氣或空氣 為氧化劑的燃料電池發(fā)電的方法，其特征為用堿性陰離子交換膜或陽離子交換膜與氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨等水溶性的氫氧化物組合成為燃料電池的催化體系，可在不消耗任何試劑和不從外部輸入任何能量的前提下，使水成為一種直接的燃料用于燃料電池發(fā)電；通過將陽極室溶液中的氫氧根離子轉(zhuǎn)化為羥基自由基或羥基自由基負(fù)離子的途徑制備氧氣或雙氧水，同時通過將陰極室溶液中的鉀離子或鈉離子或鋰離子或銨離子等轉(zhuǎn)化為鉀自由基或鈉自由基或鋰自由基或銨自由基或它們的自由基離子的途徑，與水反應(yīng)生成氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨和氫自由基或氫自由基離子，進(jìn)一步與在陰極室加入的氧氣或空氣反應(yīng)產(chǎn)生電流，產(chǎn)生的電流量與滲析透過陰離子交換膜的氫氧根離子的摩爾數(shù)成直線關(guān)系，或者與滲析透過陽離子交換膜的鉀離子或鈉離子或鋰離子或銨離子的摩爾數(shù)成直線關(guān)系，由離子交換膜面積和其離子膜傳導(dǎo)率性能所決定，故作為催化劑的離子交換膜是本直接水燃料電池的核心部件，離子交換膜的性能決定了直接水燃料電池的發(fā)電量。
1、以水為直接的燃料和以氧氣或空氣為氧化劑的燃料電池發(fā)電的方法，包括以下次序的幾個步驟：
選用普通的氫燃料電池的設(shè)備，用陰離子交換膜或陽離子交換膜 將該設(shè)備分隔為陽極室和陰極室2個小室，選用空氣擴(kuò)散電極或不銹鋼或鐵或鎳為陰極電極，選用活性碳或石墨或銅或不銹鋼為陽極電極，其它設(shè)備條件基本不變；在陰極室或陽極室加入計算量的30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，在陽極室或陰極室加入計算量的去離子水，或加入計算量的5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，用泵或攪拌分別驅(qū)動2個小室的溶液循環(huán)流動，在陰極室加入計算量的氧氣或空氣，具體操作條件基本仿照傳統(tǒng)的堿性燃料電池的操作條件，過程中注意在陰極室補(bǔ)充水和不斷地收集從陽極室溢出的氧氣，最后計算其輸出的功率密度；或者也可以不收集從陽極室溢出的氧氣，而是在陰極室加入氧氣或空氣的同時在陽極室加入氫氣或加入醇類有機(jī)物或加入一切其它的燃料，最后計算其輸出的功率密度。
本發(fā)明的目的之二是提供一種在不通入直流電的前提下也能夠利用氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽為原料制備氫氧化鈉或氫氧氧化鉀的方法，其特征是把陽離子交換膜或陰離子交換膜作為一種催化劑的用途，單電解槽的槽電壓為0-2V；不通直流電而單純利用離子濃度差和壓力差為推動力，如果通直流電，那也是利用電位差和濃度差和壓力差三種推動力的合力，與傳統(tǒng)的離子膜燒堿法的原理有本質(zhì)的不同，本方法以離子交換膜為催化劑，不存在氯化鈉電極反應(yīng)所必需的最低理論分解電 壓的問題，其既使在槽電壓為零時也可以制備氫氧化鈉產(chǎn)品和氫氣產(chǎn)品，若為提高產(chǎn)量需要通入直流電，則可選擇電滲析海水淡化的工藝條件，輸入的直流電壓只需作為離子遷移的推動力而并非作為氯化鈉之電解反應(yīng)所需的力，由此為大幅度降低離子膜燒堿法的直流電耗提供了一種全新的途徑；從而既能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)量的需求同時又能夠滿足大幅度地降低生產(chǎn)燒堿的能量消耗的要求，其利用氯化鈉為原料又不通入直流電也能夠制備燒堿的原理如下所述：
在不通入直流電而且陰極室為純水以及陽極室為濃氯化鈉溶液的情況下，陽極室氯化鈉中的鈉離子在濃度差的驅(qū)動下滲析透過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室，而這時氯化鈉中的氯離子卻被陽離子交換膜攔截不能滲析透過膜仍留在陽極室，由此造成了陽極室的氯離子過剩，同時陰極室的純水中出現(xiàn)了多余的鈉離子，造成了陰極室的鈉離子過剩，如此就很明顯：在這一刻，整個電解槽系統(tǒng)的溶液的電中性已被擾亂，溶液中的電荷已不守恒，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的溶液在這一刻處于一種極不平穩(wěn)的激發(fā)態(tài)，所以，為了滿足溶液的電荷守恒定律或電中性，此刻陰極室中過剩的鈉離子必然轉(zhuǎn)化成為電中性的鈉自由基(或鈉自由基正離子)，其自發(fā)地與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫自由基(或氫自由基正離子)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氫氣，從而由此達(dá)到陰極室溶液的電中性平衡，也就達(dá)到了陰極室 溶液的電荷守恒；同樣的道理，此刻陽極室中過剩的氯離子必然轉(zhuǎn)化為電中性的氯自由基(或氯自由基負(fù)離子)，其自發(fā)地與水反應(yīng)和自身二聚反應(yīng)生成酸和氯氣，從而由此達(dá)到陽極室溶液的電中性或電荷守恒，如此就產(chǎn)生了一個顯而易見的現(xiàn)象：過程中陽極室的酸度不斷地增加，同時陰極室的堿度也不斷地增加，只要跟蹤分析測試陽極室和陰極室中酸堿度的變化情況，就可以肯定上述原理的可靠性；當(dāng)達(dá)到擴(kuò)散滲析的平衡狀態(tài)時，這種酸堿度的變化隨即終止，這時為了提高生產(chǎn)率就需要通入直流電，依靠電位差作為離子滲析的推動力，繼續(xù)推動陽極室的鈉離子滲析透過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室，從而繼續(xù)將氯化鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉，直至達(dá)到預(yù)期的要求，但為了降低電耗，這時侯通入的直流電是為了電滲析遷移離子，需盡可能地避免氯化鈉電極反應(yīng)的發(fā)生，所以必需在極限電流密度以下通入直流電，此與傳統(tǒng)的電解法制燒堿的原理有本質(zhì)的不同。
2、在不通入直流電或在極限電流密度下通入直流電的前提下，以氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽為原料制備氫氧化鈉或氫氧化鉀的方法，包括以下次序的幾個步驟：
選用普通的離子膜燒堿法所用的電解槽，其設(shè)備條件包括電極和離子膜基本不變，在陽極室加入計算量的濃氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽 水溶液，在陰極室加入去離子水，如果在該電解槽中用陰離子交換膜代替陽離子交換膜，則需在陰極室加入計算量的濃氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽水溶液，而在陽極室加入計算量的去離子水；用泵或攪拌分別驅(qū)動陰極室和陽極室的溶液循環(huán)流動，其它的工藝操作條件與傳統(tǒng)的離子膜燒堿法基本相同，用化學(xué)法跟蹤分析陽極室的酸度和陰極室的堿度，達(dá)到預(yù)期值時，開始通人直流電或間隙式地通入直流電，控制槽電壓為0-2V，控制溫度為10-60℃，不斷地收集從陰極室溢出的氫氣并計量，用化學(xué)法跟蹤分析陽極室或陰極室中氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽等所加入的鹽的濃度，當(dāng)鹽的含量達(dá)到預(yù)期值后停止反應(yīng)，收集陰極室生成的氫氧化鈉或氫氧化鉀并計量，最后計算氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗。
或者在上述步驟的陰極室不斷地加入氧氣或空氣，其可與在陰極室生成的氫自由基(或氫自由基離子)反應(yīng)產(chǎn)生電流和水，由此在利用鈉鹽或鉀鹽生產(chǎn)氫氧化鈉或氫氧化鉀的同時還可輸出直流電，利用該輸出的直流電可以進(jìn)一步降低以氯化鈉為原料生產(chǎn)氫氧化鈉的直流電耗。
本發(fā)明的目的之三是提供一種二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環(huán)燃燒發(fā)電的工藝路線，其特征為用氫氧化鉀或氫氧化鈉吸收二氧化碳廢氣轉(zhuǎn)化為碳酸鉀或碳酸鈉，該碳酸鉀或碳酸鈉與水催化反應(yīng)生成有機(jī)物聯(lián)產(chǎn)氫氧 化鉀或氫氧化鈉，用該生成的有機(jī)物通過燃料電池燃燒發(fā)電轉(zhuǎn)化為等當(dāng)量的二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽，又用該聯(lián)產(chǎn)的氫氧化鉀或氫氧化鈉將該二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為碳酸鹽，再用該碳酸鹽與水反應(yīng)生成有機(jī)物加入燃料電池燃燒發(fā)電，如此循環(huán)燃燒不斷地發(fā)電，將二氧化碳廢氣的吸收、轉(zhuǎn)化、應(yīng)用三個過程融為一體，由此超大幅度地降低了其生產(chǎn)和運(yùn)營的成本。
四、具體實(shí)施方案
實(shí)施例1、
選擇普通的堿性燃料電池或離子膜燒堿法的電解槽，用堿性陰離子交換膜將該設(shè)備分隔為陽極室和陰極室2個小室，選用空氣擴(kuò)散電極或不銹鋼或鐵或鎳為陰極電極，選用活性碳或石墨或不銹鋼或銅為陽極電極，盡可能地把陽極電極制備成為能獲得最大表面積的形狀，二電極緊貼陰離子交換膜兩側(cè)；在陰極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液或者加入其它一切水溶性的氫氧化物溶液，在陽極室加入1立升去離子水，或者加入1立升5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，用泵或攪拌器分別驅(qū)動2個小室的溶液循環(huán)流動，控制小室溫度為10-60℃，控制陰極室的工作壓力為0-2MPa(只要陰離子交換膜承受得住，陰極室的工作壓力越大越好)，控制陽 極室的工作壓力為常壓或負(fù)壓，開通電流回路，在陰極室仿照堿性氫燃料電池的操作條件緩緩加入氧氣或空氣，注意在陰極室補(bǔ)充去離子水以保持陰極室的水平面不變，此時已開始輸出電流，用電表測試電流和電壓并計量，過程中不斷地收集從陽極室溢出的氧氣并計量，24-48小時后停止加入氧氣或空氣，停止發(fā)電，收集陽極室雙氧水產(chǎn)物，最后計算可知，發(fā)電輸出的最大功率密度為110mW/cm2左右。
實(shí)施例2、
選擇普通的堿性燃料電池設(shè)備或離子膜燒堿的電解槽，用陽離子交換膜將該設(shè)備分隔為陰極室和陽極室2個小室，選用空氣擴(kuò)散電極或不銹鋼或鐵或鎳為陰極電極，選用活性碳或石墨或不銹鋼或銅為陽極電極，二電極緊貼陽離子交換膜；在陽極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨或加入一切水溶性的氫氧化物，在陰極室加入1立升去離子水，或加入1立升5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，用泵或攪拌分別驅(qū)動2個小室的水溶液循環(huán)流動，控制小室溫度為10-60℃，控制陽極室的工作壓力比陰極室的壓力大0.05MPa以上，開通電流回路，在陰極室仿造堿性氫燃料電池的條件緩緩?fù)ㄈ胙鯕饣蚩諝?，注意在陰極室補(bǔ)充去離子水以保持陰極室的水平面不變，此時已開始輸出電流，用電表測試電流和電壓并計量，過程中不斷地收集 從陽極室溢出的氧氣并計量，用化學(xué)法跟蹤分析陰極室和陽極室氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨的濃度，當(dāng)2個小室的濃度相平衡時，停止發(fā)電，收集陽極室雙氧水產(chǎn)物，最后計算可知，發(fā)電輸出的最大功率密度為75mW/cm2左右。
實(shí)施例3、
選擇普通的堿性直接甲醇燃料電池設(shè)備以及配套的電極和配套的陰離子交換膜，在陽極室加入1立升去離子水，或加入1-2立升5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，在陰極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，用泵或攪拌分別驅(qū)動2個小室的水溶液循環(huán)流動，開通電流回路，控制2個小室溫度為10-60℃，控制陰極室的工作壓力比陽極室的壓力≥0.05-0.1MPa，仿造堿性直接甲醇燃料電池的操作條件，在陰極室緩緩加入氧氣或空氣，同時在陽極室緩緩加入多元醇堿水混合物，或緩緩加入純多元醇等有機(jī)物，或加入氫氣或加入其它一切的燃料，注意在陰極室補(bǔ)充去離子水以保持陰極室的水平面不變，此時已開始輸出電流，用電表測試電流和電壓并計量，24-48小時后停止加入氧氣或空氣，并停止加入多元醇堿水混合物或純多元醇或氫氣等燃料，停止發(fā)電，收集陽極室反應(yīng)生成的二氧化碳和碳酸氫鉀或碳酸氫鈉或碳酸氫鋰或碳酸氫 銨或它們的碳酸鹽水溶液，最后計算可知，發(fā)電輸出的最大功率密度為140mW/cm2左右。
實(shí)施例4、
選擇傳統(tǒng)的堿性氫燃料電池設(shè)備及其電極，用堿性陰離子交換膜將該設(shè)備分隔為陽極室和陰極室2個小室，二電極貼緊陰離子交換膜，在陰極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，在陽極室加入1立升去離子水或1立升1-5％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，用泵或攪拌分別驅(qū)動2個小室的水溶液循環(huán)流動，開通電流回路，仿造傳統(tǒng)的堿性氫燃料電池的操作條件分別在陽極室加入氫氣和在陰極室加入氧氣或空氣，用電表測量電流和電壓，24-48小時后停止發(fā)電，最后計算可知，發(fā)電輸出的最大功率密度為220mW/cm2左右。
實(shí)施例5、
選擇普通的離子膜燒堿法所用的設(shè)備及其電極和陽離子交換膜，在該設(shè)備的陽極室加入1-2立升20-40％的氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽水溶液，在該設(shè)備的陰極室加入1立升去離子水，用泵或攪拌分別驅(qū)動陽極室和陰極室的水溶液循環(huán)流動，開通電流回路但不通入直流電，用化學(xué)法跟蹤分析陽極室氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽濃度以及分析 陽極室的酸度，同時跟蹤分析陰極室氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度，不斷地收集從陰極室溢出的氫氣并計量，當(dāng)陽極室與陰極室的離子濃度基本平衡時，開始通直流電或間隙式地通直流電，控制電解槽的槽電壓為0-2V，控制陽極室和陰極室的溫度為10-60℃，并注意在陰極室補(bǔ)充去離子水，保持陰極室的水平面不變，跟蹤分析在陽極室加入的鹽的含量≤1％時，停止通直流電，關(guān)閉泵或攪拌的電源，收集陰極室的氫氧化鈉或氫氧化鉀的溶液并計量，收集從陽極室溢出的氯氣及酸液，最后計算可知，生產(chǎn)的氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗為140千瓦時/噸左右。
實(shí)施例6、
選擇普通的離子膜燒堿法所用的設(shè)備及其電極，用陰離子交換膜替換原來的陽離子交換膜，在該設(shè)備的陰極室加入1-2立升20-40％的氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽水溶液，在該設(shè)備的陽極室加入1立升去離子水，用泵或攪拌分別驅(qū)動陰極室和陽極室的水溶液循環(huán)流動，開通電流回路但不通直流電，用化學(xué)法跟蹤分析陰極室的氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽的濃度以及跟蹤分析陰極室氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度，同時用化學(xué)法跟蹤分析陽極室的酸度，不斷地收集從陰極室溢出的氫氣并計量，當(dāng)陰極室與陽極室的離子濃度相平衡時，開始通直流電或間隙式 地通直流電，控制電解槽的槽電壓為0-2V，控制陰極室和陽極室的溫度為10-60℃，并注意在陰極室補(bǔ)充去離子水，保持陰極室的水平面不變，當(dāng)分析在陰極室加入的鹽的含量≤1％時，停止通直流電，關(guān)閉泵或攪拌的電源，收集陰極室氫氧化鈉或氫氧化鉀的溶液并計量，收集從陽極室溢出的氯氣及酸液，最后計算可知，生產(chǎn)的氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗為90千瓦時/噸左右。
實(shí)施例7、
選擇陰離子交換膜(或陽離子交換膜)將普通的電解槽或氫燃料電池設(shè)備分隔為陰極室和陽極室2個小室，選用離子膜燒堿所用的陽極電極為該設(shè)備的陽極電極，選用氫燃料電池所用的空氣擴(kuò)散電極為該設(shè)備的陰極電極，在陰極室(或陽極室)加入1-2立升20-40％的氯化鈉或氯化鉀水溶液，在陽極室(或陰極室)加入1立升去離子水，用泵或攪拌分別驅(qū)動陽極室和陰極室的溶液循環(huán)流動，開通電流回路但不通入直流電，在陰極室緩緩加入氧氣或空氣，此時有電流輸出，用電表測試電流和電壓，注意在陰極室補(bǔ)充去離子水，以保持陰極室的水平面不變，并用化學(xué)法跟蹤分析陰極室和陽極室的離子濃度，當(dāng)2個小室的離子濃度基本相平衡時，停止在陰極室加入氧氣或空氣，關(guān)閉泵或攪拌的電源，收集陰極室的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液并計量，最后計算可知，生產(chǎn)的 氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗為零，同時輸出電流的最大功率密度為45mW/cm2。
實(shí)施例8、
選擇普通的電動攪拌反應(yīng)器，投入質(zhì)量含量為40％的氫氧化鉀水溶液100克，同時投入鋅粉40克和固體碳酸鉀110克，在敞口常壓和105℃的條件下，攪拌反應(yīng)48小時，生成多元醇等有機(jī)物堿水混合物，同時生成與轉(zhuǎn)化的碳酸鉀等當(dāng)量的氫氧化鉀，通過過濾收集該堿水混合物溶液，溶液中含多元醇20％左右，含氫氧化鉀50％左右；
選擇普通的擴(kuò)散滲析器，用堿性陽離子交換膜將該滲析器分隔為陽極室和陰極室2個小室，選用活性碳或石墨或不銹鋼或鐵或銅為陽極電極，選用空氣擴(kuò)散電極或不銹鋼或鐵或鎳為陰極電極，二電極緊貼陽離子交換膜兩側(cè)，用電線與二電極接通形成電流回路；在陽極室加入上述收集的堿水混合物溶液，在陰極室加入去離子水，保持陰極室的水平面低于陽極室水平面，用泵或攪拌分別驅(qū)動2個小室的溶液循環(huán)流動，開通電流回路但不通入外電流，在陰極室緩緩?fù)ㄈ胙鯕饣蚩諝?，此時開始輸出電流，用電表測試電流和電壓，并注意在陰極室補(bǔ)充去離子水，保持陰極室的水平面不變，24-48小時后停止通入氧氣或空氣，收集陽極室的多元醇堿水混合物溶液并計量，同時收集陰極室的純氫氧化鉀或 氫氧化鈉水溶液并計量，最后計算可知，氫氧化鉀或氫氧化鈉的回收率為50％左右，該擴(kuò)散滲析分離過程輸出電流的最大輸出功率密度為32mW/cm2。
實(shí)施例9、
二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環(huán)燃燒發(fā)電的工藝路線設(shè)計：用氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液吸收二氧化碳廢氣，二氧化碳定量地轉(zhuǎn)化為碳酸鉀或碳酸鈉水溶液；將該碳酸鹽水溶液投入普通的攪拌反應(yīng)器中，同時加入氫氧化鉀/金屬粉催化劑，反應(yīng)一定時間后，碳酸鉀或碳酸鈉幾乎定量地轉(zhuǎn)化為可燃有機(jī)物，生成一種有機(jī)物堿水混合物，同時聯(lián)產(chǎn)等當(dāng)量的氫氧化鉀或氫氧化鈉，(注：回收該氫氧化鉀或氫氧化鈉可用于將二氧化碳廢氣轉(zhuǎn)化為等當(dāng)量的碳酸鹽，如此循環(huán)制備有機(jī)物的過程，實(shí)際上真正消耗的為二氧化碳廢氣和水，不消耗氫氧化鉀或氫氧化鈉)，然后通過上述實(shí)施例8的方法從堿水混合物中回收50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉并同時輸出電流；再通過上述實(shí)施例3的方法，將該已經(jīng)分離的有機(jī)物堿水混合物加入普通的堿性直接甲醇燃料電池的陽極室，同時在陰極室加入氧氣或空氣，由此發(fā)電，該堿水混合物中的有機(jī)物在陽極室被轉(zhuǎn)化為二氧化碳或碳酸鹽，收集陽極室生成的二氧化碳以及收集碳酸鉀和碳酸氫鉀或碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶液，可作為制備上述有機(jī)物堿水混 合物的原料循環(huán)使用，又將制備的該有機(jī)物堿水混合物加入堿性直接甲醇燃料電池發(fā)電，同時該有機(jī)物堿水混合物在陽極室又轉(zhuǎn)化為可收集的二氧化碳和碳酸鹽和碳酸氫鹽，如此循環(huán)往復(fù)，就構(gòu)成了本二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環(huán)燃燒發(fā)電的工藝路線，最保守估算，該循環(huán)燃燒發(fā)電工藝路線所發(fā)電的生產(chǎn)成本低于煤燃燒發(fā)電的生產(chǎn)成本，同時二氧化碳零排放。具體如下所述：
一種二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環(huán)燃燒發(fā)電的工藝路線，其特征為用氫氧化鉀或氫氧化鈉吸收二氧化碳廢氣轉(zhuǎn)化為碳酸鉀或碳酸鈉，該碳酸鉀或碳酸鈉與水催化反應(yīng)生成有機(jī)物聯(lián)產(chǎn)氫氧化鉀或氫氧化鈉，用該生成的有機(jī)物通過燃料電池燃燒發(fā)電轉(zhuǎn)化為等當(dāng)量的二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽，又用該聯(lián)產(chǎn)的氫氧化鉀或氫氧化鈉將二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽轉(zhuǎn)化為碳酸鹽，再用該碳酸鹽與水反應(yīng)生成有機(jī)物加入燃料電池燃燒發(fā)電，如此循環(huán)燃燒不斷地發(fā)電。