CO 2 Photoreduction à CH 4 Performance Under Concentrating Solar Light CO 2 Photoreduction to CH 4 Performance Under Concentrating Solar Light CO 2 Photoreduction to CH4 Performance Under Concentrating Solar Light CO2
Summary
Nous présentons un protocole pour améliorer la performance de la photoréduction de CO2 à CH4 en augmentant l’intensité lumineuse incidente par la technologie d’énergie solaire de concentration.
Abstract
Nous démontrons une méthode pour l’amélioration de la photoréduction de CO 2. Comme la force motrice d’une réaction photocatalytique est de la lumière solaire, l’idée de base est d’utiliser la technologie de concentration pour augmenter l’intensité de la lumière solaire incident. La concentration d’une lumière de grande surface sur une petite surface ne peut pas seulement augmenter l’intensité lumineuse, mais aussi réduire la quantité de catalyseur, ainsi que le volume du réacteur, et augmenter la température de surface. La concentration de la lumière peut être réalisée par différents dispositifs. Dans ce manuscrit, il est réalisé par une lentille Fresnel. La lumière pénètre dans la lentille et se concentre sur un catalyseur en forme de disque. Les résultats montrent que le taux de réaction et le rendement total sont efficacement augmentés. La méthode peut être appliquée à la plupart des catalyseurs de photoréduction CO 2, ainsi qu’à des réactions similaires avec un faible taux de réaction à la lumière naturelle.
Introduction
L’utilisation des combustibles fossiles s’accompagne d’importantes quantités d’émissions de CO2, ce qui contribue grandement au réchauffement de la planète. Le captage, le stockage et la conversion du CO2 sont essentiels pour réduire la teneur en CO2 dans l’atmosphère1. La photoréduction du CO2 aux hydrocarbures peut réduire le CO2,convertir le CO2 en carburants et économiser l’énergie solaire. Cependant, le CO2 est une molécule extrêmement stable. Son lien C-O possède une énergie de dissociation plus élevée (environ 750 kJ/mol)2. Cela signifie que le CO2 est très difficile à activer et à transformer, et que les lumières de courte longueur d’onde à haute énergie peuvent être fonctionnelles pendant le processus. Par conséquent, les études de photoréduction du CO2 souffrent actuellement d’une faible efficacité de conversion et de taux de réaction. La plupart des taux de rendement duCH4 déclarés ne sont qu’à plusieurs niveaux de-1h-1 sur un catalyseur TiO2 3,4. La conception et la fabrication de systèmes photocatalytiques à haut rendement de conversion et taux de réaction pour la réduction du CO2 restent un défi.
Un domaine de recherche populaire sur les catalyseurs de photoréduction CO2 est d’élargir la bande de lumière disponible au spectre visible et d’améliorer l’efficacité d’utilisation de ces longueurs d’onde5,6. Au lieu de cela, dans ce manuscrit, nous essayons d’augmenter le taux de réaction en augmentant l’intensité lumineuse. Comme la force motrice d’une réaction photocatalytique est la lumière solaire, l’idée de base est d’utiliser la technologie de concentration pour augmenter l’intensité de la lumière solaire incident e et, par conséquent, augmenter le taux de réaction. Ceci est similaire à un processus thermocatalytique, où le taux de réaction peut être augmenté en augmentant la température. Bien sûr, l’effet de température ne peut pas être augmenté à l’infini, et de même avec l’intensité lumineuse; l’un des principaux objectifs de cette recherche est de trouver une intensité lumineuse ou un rapport de concentration approprié.
Ce n’est pas la première expérience qui utilise la technologie de concentration. En fait, il a été largement utilisé dans la concentration de l’énergie solaire et le traitement des eaux usées7,8. Les biomatériaux tels que la sciure de bois de hêtre peuvent être pyrolysés dans un réacteur solaire9,10. Certains rapports précédents ont mentionné la méthode de CO2 photoréduction11,12,13. Un échantillon a montré une augmentation de 50% dans le rendement du produit lorsque l’intensité lumineuse a été doublée14. Notre groupe a constaté que la concentration de la lumière peut augmenter le taux de rendement du CH4 avec une augmentation d’intensité allant jusqu’à 12 fois. En outre, le prétraitement du catalyseur avant la réaction en concentrant la lumière peut encore augmenter le taux de rendement CH4 15. Ici, nous démontrons le système expérimental et la méthode en détail.
Protocol
Representative Results
Discussion
La lumière de concentration réduit la zone d’incident de lumière et exige l’utilisation d’un catalyseur en forme de disque ou d’un soi-disant réacteur à lit fixe pour tenir le catalyseur. Puisque la source lumineuse est habituellement une lampe ronde, la forme du catalyseur devrait également être ronde. Pour obtenir un disque rond, il est possible de presser la poudre dans un disque par tablette ou de changer le papier d’aluminium en oxyde par anodisation. La méthode d’anodisation utilise l’électricité pour oxy…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail est soutenu par la Natural Science Foundation of China (No. 21506194, 21676255).
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. |
Riferimenti
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