CO2 פוטותורזציה ל-CH4 ביצועים תחת ריכוז אור סולארי
Summary
אנו מציגים פרוטוקול לשיפור הביצועים של CO2 photor, כדי CH4 על ידי הבהרה של עוצמת אור האירוע באמצעות ריכוז טכנולוגיה סולארית אנרגיה.
Abstract
אנו להדגים שיטה לשיפור של CO2 photorהדגמה. ככוח המניע של תגובת פוטוקטליטי הוא מאור השמש, הרעיון הבסיסי הוא להשתמש בטכנולוגיית ריכוז כדי להעלות את האירוע עוצמת אור סולארית. ריכוז אור שטח גדול על אזור קטן לא יכול רק להגביר את עוצמת האור, אלא גם להקטין את כמות הזרז, כמו גם את נפח הכור, ולהגדיל את טמפרטורת פני השטח. ריכוז האור יכול להתממש על ידי מכשירים שונים. בכתב היד הזה, הוא מתגשם על ידי עדשת פרנל. האור חודר לעדשה ומרוכז בזרז בצורת דיסק. התוצאות מראות כי גם שיעור התגובה וגם התשואה הכוללת מוגברת ביעילות. ניתן להחיל את השיטה על רוב שיתוף2 הזרזים, כמו גם תגובות דומות עם שיעור תגובה נמוך באור טבעי.
Introduction
הניצול של דלקים מאובנים מלווה כמויות גדולות של פליטת CO2 , תורם מאוד התחממות כדור העולם. CO2 לכידת, אחסון, והמרה חיוניים כדי להפחית את התוכן CO2 באטמוספירה1. Photor, החברה של CO2 כדי פחמימנים יכול להפחית co2, להמיר co2 כדי דלקים, ולשמור אנרגיה סולארית. עם זאת, CO2 היא מולקולה יציבה מאוד. הקשר שלו C = O בעל אנרגיית דיסוציאציה גבוהה יותר (על 750 kJ/מול)2. משמעות הדבר היא כי CO2 קשה מאוד להיות מופעל והופך, ורק אור גל קצר רק עם אנרגיה גבוהה יכול להיות פונקציונלי במהלך התהליך. לכן, שיתוף2 מחקרים photortion סובלים המרה נמוכה יעילות ושיעורי התגובה בהווה. CH המפורסם ביותר4 שיעורי תשואה הם רק בכמה μ:· gקטה-1· h-1 רמות על TiO2 catalyst3,4. העיצוב והייצור של מערכות פוטוקטליטי עם יעילות המרה גבוהה ושיעור התגובה עבור הפחתת CO2 להישאר אתגר.
אחד האזור הפופולרי של מחקר לתוך CO2 זרזים לשיפור הוא להרחיב את הלהקה אור זמין לספקטרום גלוי ולשפר את יעילות הניצול של אורכי גל אלה5,6. במקום זאת, בכתב יד זה, אנו משתדלים להגדיל את קצב התגובה על ידי שיפור עוצמת האור. ככוח המניע של תגובת פוטוקטליטי הוא אור סולארי, הרעיון הבסיסי הוא להשתמש בטכנולוגיית ריכוז כדי להעלות את האירוע עוצמת אור סולארית, ולכן, להגדיל את קצב התגובה. הדבר דומה לתהליך תרמוקטליטי, שבו ניתן להגדיל את קצב התגובה על-ידי הגברת הטמפרטורה. כמובן, לא ניתן להגדיל את אפקט הטמפרטורה בצורה אינסופית, ובדומה לעוצמת האור; המטרה העיקרית של מחקר זה היא למצוא את עוצמת האור או יחס הריכוז המתאים.
זה לא הניסוי הראשון שמשתמש בריכוז הטכנולוגיה. למעשה, זה כבר בשימוש נרחב ריכוז כוח סולארית ושפכים טיפול במים7,8. ביואטיליים כגון נסורת עץ אשור ניתן pyrolyzed בכור השמש9,10. חלק מהדוחות הקודמים הזכירו את השיטה לשיתוף2 ,11,12,13. דוגמה אחת הציגה הפרש 50% בתפוקת המוצר כאשר עוצמת האור הכפילה14. הקבוצה שלנו מצאה כי אור הריכוז יכול להעלות את CH4 קצב תשואה עם עלייה עד 12 קיפול בעוצמה. בנוסף, טיפול מקדים של זרז לפני התגובה על ידי ריכוז האור יכול עוד יותר להגדיל את CH4 שיעור תשואה15. כאן, אנו מדגימים את המערכת הניסיונית ואת השיטה בפרוטרוט.
Protocol
Representative Results
Discussion
ריכוז האור מפחית את אזור התקרית הקלה ודורש שימוש בזרז בצורת דיסק או במחולל שנקרא מיטה קבועה כדי להחזיק את הזרז. מאז מקור האור הוא בדרך כלל מנורה בצורת עגול, את הצורה של הזרז צריך גם להיות עגול. כדי להשיג דיסק עגול, ניתן ללחוץ על האבקה לתוך דיסק על-ידי שולחנות או לשנות את רדיד המתכת לתוך תחמוצ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכת על ידי הקרן המדע הטבעי של סין (מס ‘ 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. |
Referências
- De-Richter, R. K., Ming, T., Caillol, S. Fighting global warming by photocatalytic reduction of CO2, using giant photocatalytic reactors. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 19 (1), 82-106 (2013).
- Fang, Y., Wang, X. Photocatalytic CO2 conversion by polymeric carbon nitrides. Chemical Communications. 54 (45), 5674-5687 (2018).
- Kondratenko, E. V., et al. Status and perspectives of CO2 conversion into fuels and chemicals by catalytic, photocatalytic and electrocatalytic processes. Energy & Environmental Science. 6 (11), 3112-3135 (2013).
- Izumi, Y., Jin, F., He, L. -. N., Hu, Y. H. Recent Advances (2012-2015) in the Photocatalytic Conversion of Carbon Dioxide to Fuels Using Solar Energy: Feasibilty for a New Energy. Advances in CO2 Capture, Sequestration, and Conversion. , 1-46 (2015).
- White, J. L., et al. Light-Driven Heterogeneous Reduction of Carbon Dioxide: Photocatalysts and Photoelectrodes. Chemical Reviews. 115 (23), 12888-12935 (2015).
- Habisreutinger, S. N., Schmidtmende, L., Stolarczyk, J. K. Photocatalytic Reduction of CO2 on TiO2 and Other Semiconductors. Angewandte Chemie International Edition. 52 (29), 7372-7408 (2013).
- Weinstein, L. A., et al. Concentrating Solar Power. Chemical Reviews. 115 (23), 12797-12838 (2015).
- Herrmann, J. M., et al. TiO2 -based solar photocatalytic detoxification of water containing organic pollutants. Case studies of 2, 4-dichlorophenoxyaceticacid (2, 4 – D) and of benzofuran. Applied Catalysis B Environmental. 17 (1-2), 15-23 (1998).
- Zeng, K., et al. Combined effects of initial water content and heating parameters on solar pyrolysis of beech wood. Energy. 125, 552-561 (2017).
- Zeng, K., et al. Characterization of solar fuels obtained from beech wood solar pyrolysis. Fuel. 188, 285-293 (2017).
- Nguyen, T. V., Wu, J. C. S., Chiou, C. H. Photoreduction of CO over Ruthenium dye-sensitized TiO-based catalysts under concentrated natural sunlight. Catalysis Communications. 9 (10), 2073-2076 (2008).
- Guan, G., et al. Photoreduction of carbon dioxide with water over K2Ti6O13, photocatalyst combined with Cu/ZnO catalyst under concentrated sunlight. Applied Catalysis A: General. 249 (1), 11-18 (2003).
- Han, S., Chen, Y. F., Abanades, S., Zhang, Z. K. Improving photoreduction of CO2 with water to CH4 in a novel concentrated solar reactor. Journal of Energy Chemistry. 26 (4), 743-749 (2017).
- Roy, S. C., et al. Toward solar fuels: photocatalytic conversion of carbon dioxide to hydrocarbons. ACS Nano. 4 (3), 1259-1278 (2010).
- Li, D., Chen, Y. F., Abanades, S., Zhang, Z. K. Enhanced activity of TiO2 by concentrating light for photoreduction of CO2 with H2O to CH4. Catalysis Communications. 113, 6-9 (2018).
