태양광 집중 하에서 CH4 성능에 대한 CO2 광감소
Summary
태양 에너지 기술을 집중하여 입사 광강도를 높여 CH4에 대한 CO2 광감소 의 성능을 향상시키기 위한 프로토콜을 제시합니다.
Abstract
CO2 광감소의 향상을 위한 방법을 시연한다. 광촉매 반응의 원동력은 태양광에서 나기 때문에, 기본 아이디어는 집중 기술을 사용하여 입사 태양광 의 강도를 높이는 것입니다. 작은 영역에 대면적 빛을 집중시키는 것은 빛의 강도를 증가시킬 뿐만 아니라 촉매량뿐만 아니라 반응기 부피를 감소시키고 표면 온도를 증가시게 한다. 빛의 농도는 다른 장치에 의해 실현 될 수있다. 이 원고에서는 프레넬 렌즈에 의해 실현됩니다. 빛은 렌즈를 관통하고 디스크 모양의 촉매에 집중됩니다. 결과는 반응 속도와 총 수율이 모두 효율적으로 증가한다는 것을 보여준다. 이 방법은 대부분의 CO2 광감소 촉매뿐만 아니라 자연광에서 낮은 반응률을 가진 유사한 반응에 적용될 수 있다.
Introduction
화석 연료의 활용은 많은 양의CO2 배출을 수반하여 지구 온난화에 크게 기여합니다. CO2 캡처, 저장 및 변환은 대기권에서 CO2 함량을 감소시키는 데 필수적이다1. 탄화수소로 의 CO2 광감소는 CO2를 줄이고 CO2를 연료로 변환하며 태양 에너지를 절약할 수 있습니다. 그러나, CO2는 매우 안정적인 분자이다. 그것의 C = O 채권은 더 높은 해리 에너지 (약 750kJ / mol)를 소유2 . 이는 CO2가 활성화및 변형되기 매우 어렵고, 고에너지의 짧은 파장 조명만이 공정 중에 작동할 수 있음을 의미합니다. 따라서CO2 광감소 연구는 현재 낮은 전환 효율 및 반응률로 고통받고 있습니다. 가장 많이 보고된 CH4 수율 은 TiO2 촉매 3,4에대해 여러 μmol·g카타-1·h-1수준에서만 이다. CO2 감소를 위한 높은 변환 효율과 반응 률을 갖춘 광촉매 시스템의 설계 및 제작은 여전히 과제입니다.
CO2 광감소 촉매에 대한 연구의 한 가지 인기있는 영역은 가시 스펙트럼으로 사용 가능한 광 대역을 넓히고 이러한 파장의 활용 효율을 향상시키는것입니다5,6. 대신, 이 원고에서는 빛의 강도를 높여 반응 속도를 높이려고 노력합니다. 광촉매 반응의 원동력은 태양광이기 때문에, 기본 아이디어는 집중 기술을 사용하여 입사 태양광 의 강도를 높이고, 따라서 반응 속도를 높이는 것입니다. 이것은 온도를 증가시켜 반응 속도를 증가시킬 수있는 열촉매 과정과 유사합니다. 물론, 온도 효과는 무한히 증가 할 수 없으며, 마찬가지로 빛의 강도; 이 연구의 주요 목표는 적절한 광강도 또는 농도 비율을 찾는 것입니다.
이것은 집중 기술을 사용하는 첫 번째 실험이 아닙니다. 실제로, 태양광 발전 및 폐수 처리7,8을집중시키는 데 널리 사용되어 왔다. 너도밤나무 톱밥과 같은 생체재료는 태양광 반응기9,10에서열분해될 수 있다. 일부 이전 보고서는 CO2 광감소11,12,13에대한 방법을 언급했다. 한 샘플은 광강도가14배가되었을 때 제품 수율에서 50% 증분을 나타내었다. 우리 그룹은 집중 빛이 CH4 수율 속도를 올릴 수 있다는 것을 발견했습니다 12 배 강도 증가. 또한, 빛을 집중시킴으로써 반응 전 촉매의 전처리는 CH4 수율(15)을 더욱 증가시킬 수 있다. 여기서는 실험 시스템 및 방법을 자세히 시연합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
집중 광은 빛 입사 영역을 감소시키고 촉매를 보유하기 위해 디스크 형 촉매 또는 소위 고정 침대 반응기를 사용해야합니다. 광원은 일반적으로 둥근 모양의 램프이기 때문에 촉매의 모양도 둥글어야합니다. 원형 디스크를 얻으려면, 정제에 의해 디스크로 분말을 누르거나 양극 산화에 의해 산화물로 금속 호일을 변경할 수 있습니다. 양극 산화 방법은 전기를 사용하여 금속을 산화물 반도체로 ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 중국 자연 과학 재단 (번호 21506194, 21676255)에 의해 지원됩니다.
Materials
| Ti foil, 99.99% | Hebei Metal Technology Co., Ltd. | ||
| Pt foil, 99.99% | Tianjin Aida Henghao Technology Co., Ltd. | ||
| Ammonium fluoride, 98% | Aladdin | A111758 | Humidity sensitive |
| Glycol, >99.9% | Aladdin | E103323 | |
| Anhydrous ethanol,>99.9% | Aladdin | E111977 | Flammable |
| Acetone, >99.5% | Hangzhou Shuanglin Chemical Co., Ltd. | 200-662-2 | Irritating smell |
| Nitric acid, 65.0%-68.0% | Hangzhou Shuanglin Chemical Co., Ltd. | 231-714-2 | Humidity sensitive |
| Hydrogen peroxide, 30 wt. % in H2O | Aladdin | H112515 | Strong oxidative |
| Urea, 99% | Aladdin | U111897 | |
| De-ionized water, 99.00% | Laboratory made | ||
| Xe lamp, CELHXF300/CELHXUV300 | Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd. | ||
| Stainless cylinder reactor, CEL-GPPC | Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd. | ||
| Fresnel lens, MYlens | Meiying Technology Co., Ltd. | ||
| 7000 mesh sandpaper | Zibo Taichuan Abrasives Co., Ltd. | ||
| Ultrasonic cleaner, SK2210HP | Shanghai Kedao Ultrasonic Instrument Co., Ltd. | ||
| Thermostatical water bath, DF-101S | Boncie Instrument Technology Co., Ltd. | ||
| Alligator clip | Guangzhou Rongyu Co., Ltd. | ||
| DC constant voltage source, DY-150V 2A | Shanghai Anding Electric Co., Ltd. | ||
| Muffle furnace, KSL-1200X | Hefei Kejing Materials Technolgy Co., Ltd. | ||
| Quartz glass | Lianyungang Weida Quartz Products Co., Ltd. | ||
| Thermocouples, WRNK-191K | Feiyang Electric Accessories Co., Ltd. | ||
| Electronmagnetic stirrer, 85-2 | Shanghai Zhiwei Electric Appliance Co., Ltd. | ||
| Vacuum pump,SHB-IIIA | Henan Province Taikang science and education equipment factory | ||
| Gas Chromatograph, GC2014 | SHIMAPZU | ||
| HT-PLOT Q capillary column | Hychrom | ||
| Optical power meter,CEL-NP2000 | Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd. | ||
| Electronic scale, JJ124BC | Shanghai Jingtian Electronic Instrument Co., Ltd. |
References
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