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1. WO2022099174 - ELECTRODIALYZER AND ELECTRODIALYSIS SYSTEM FOR CO2 CAPTURE FROM OCEAN WATER

Publication Number WO/2022/099174
Publication Date 12.05.2022
International Application No. PCT/US2021/058558
International Filing Date 09.11.2021
IPC
B01D 53/04 2006.1
BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
DSEPARATION
53Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases or aerosols
02by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
04with stationary adsorbents
B01D 53/22 2006.1
BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
DSEPARATION
53Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases or aerosols
22by diffusion
B01D 61/44 2006.1
BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
DSEPARATION
61Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
42Electrodialysis; Electro-osmosis
44Ion-selective electrodialysis
CPC
C02F 1/46109
CCHEMISTRY; METALLURGY
02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
1Treatment of water, waste water, or sewage
46by electrochemical methods
461by electrolysis
46104Devices therefor; Their operating or servicing
46109Electrodes
C02F 1/4693
CCHEMISTRY; METALLURGY
02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
1Treatment of water, waste water, or sewage
46by electrochemical methods
469by electrochemical separation, e.g. by electro-osmosis, electrodialysis, electrophoresis
4693electrodialysis
C02F 2101/10
CCHEMISTRY; METALLURGY
02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
2101Nature of the contaminant
10Inorganic compounds
C02F 2103/08
CCHEMISTRY; METALLURGY
02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
2103Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
08Seawater, e.g. for desalination
Applicants
  • CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY [US]/[US]
Inventors
  • XIANG, Chengxiang
  • ATWATER, Harry A.
  • DIGDAYA, Ibadillah A.
Agents
  • BAKER, JR., Joseph R.
Priority Data
63/111,19309.11.2020US
Publication Language English (en)
Filing Language English (EN)
Designated States
Title
(EN) ELECTRODIALYZER AND ELECTRODIALYSIS SYSTEM FOR CO2 CAPTURE FROM OCEAN WATER
(FR) ÉLECTRODIALYSEUR ET SYSTÈME D'ÉLECTRODIALYSE POUR LA CAPTURE DE CO2PROVENANT DE L'EAU DE L'OCÉAN
Abstract
(EN) Disclosed are electrochemical systems that include an electrodialyzer and a vapor-fed CO2 reduction (CO2R) cell to capture and convert CO2 from ocean water. The electrodialyzer includes a stack of bipolar membrane electrodialysis (BPMED) cells between end electrodes. The electrodialzyer incorporates monovalent cation exchange membranes (M-CEMs) that prevent the transfer of multivalent cations between adjacent cell compartments, allowing continuous recirculation of electrolytes and solutions, and thus providing a safer and more scaling-free electrodialysis system. In some embodiments, the electrodialyzer may be configured to replace the water-splitting reaction at end electrodes with one-electron, reversible redox couples in solution at the electrodes. As a result, in the entire electrodialyzer stack, there is no bond-making, bond-breaking reactions and there is no gas generation, which significantly simplifies the cell design and improves operational safety. The systems provide a unique technological pathway for CO2 capture and conversion from ocean water with only electrochemical processes.
(FR) L'invention concerne des systèmes électrochimiques qui comprennent un électrodialyseur et une cellule de réduction (CO2R) de CO2 alimentée par la vapeur pour capturer et convertir le CO2 provenant de l'eau de l'océan. L'électrodialyseur comprend un empilement de cellules d'électrodialyse à membrane bipolaire (BPMED) entre des électrodes d'extrémité. L'électrodialyseur incorpore des membranes échangeuses de cations monovalents (M-CEM) qui empêchent le transfert de cations multivalents entre des compartiments de cellule adjacents, permettant une recirculation continue d'électrolytes et de solutions et fournissant ainsi un système d'électrodialyse plus sûr et présentant moins d'incrustations. Dans certains modes de réalisation, l'électrodialyseur peut être conçu pour remplacer la réaction de dissociation de l'eau au niveau d'électrodes d'extrémité avec des couples redox réversibles à un électron en solution au niveau des électrodes. Par conséquent, dans la totalité de l'empilement de l'électrodialyseur, il ne se produit pas de réactions de formation de liaison, de rupture de liaison et pas de génération de gaz, ce qui simplifie significativement la conception de la cellule et améliore la sécurité de fonctionnement. Les systèmes fournissent une voie technologique unique pour la capture et la conversion de CO2 provenant de l'eau de l'océan, uniquement à l'aide de procédés électrochimiques.
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