CO2 photoreduction para CH4 desempenho a concentração de luz solar
Summary
Nós apresentamos um protocolo para melhorar o desempenho de co2 fotorredução a ch4 aumentando a intensidade de luz incidente através da tecnologia de energia solar de concentração.
Abstract
Nós demonstramos um método para o realce do photoreduction do CO2 . Como a força motriz de uma reação fotocatalítica é da luz solar, a idéia básica é usar a tecnologia de concentração para elevar a intensidade da luz solar incidente. Concentrar uma luz da grande-área em uma área pequena não pode somente aumentar a intensidade de luz, mas igualmente reduz a quantidade do catalizador, assim como o volume do reator, e aumenta a temperatura de superfície. A concentração de luz pode ser realizada por diferentes dispositivos. Neste manuscrito, é realizado por uma lente de Fresnel. A luz penetra a lente e está concentrada em um catalisador em forma de disco. Os resultados mostram que tanto a taxa de reação quanto o rendimento total são eficientemente aumentados. O método pode ser aplicado à maioria dos catalisadores de fotoreeduction CO2 , bem como a reações semelhantes com uma baixa taxa de reação à luz natural.
Introduction
A utilização de combustíveis fósseis é acompanhada por grandes quantidades de emissões de CO2 , contribuindo grandemente para o aquecimento global. CO2 captura, armazenamento e conversão são essenciais para reduzir o conteúdo de co2 na atmosfera1. A fotorredução de co2 para hidrocarbonetos pode reduzir co2, converter co2 para combustíveis, e economizar energia solar. No entanto, CO2 é uma molécula extremamente estável. Sua ligação de C = O possui uma energia mais elevada da dissociação (aproximadamente 750 kJ/mol)2. Isto significa que CO2 é muito difícil de ser ativado e transformado, e apenas curto comprimento de onda luzes com alta energia pode ser funcional durante o processo. Conseqüentemente, os estudos do fotorredução do co2 sofrem das baixas eficiências da conversão e das taxas da reação presentemente. A maioria de taxas de rendimento relatadas ch4 são somente em diversos μmol · gcata-1· níveis de h-1 em um Catalyst3detio2 ,4. O projeto e a fabricação de sistemas fotocatalíticos com alta eficiência de conversão e taxa de reação para redução de CO2 permanecem um desafio.
Uma área popular de pesquisa em co2 catalisadores fotorredução é ampliar a faixa de luz disponível para o espectro visível e aumentar a eficiência de utilização destes comprimentos de onda5,6. Em vez disso, neste manuscrito, tentamos aumentar a taxa de reação, aumentando a intensidade da luz. Como a força motriz de uma reação fotocatalítica é a luz solar, a idéia básica é usar a tecnologia de concentração para elevar a intensidade da luz solar incidente e, portanto, aumentar a taxa de reação. Isso é semelhante a um processo termocatalítico, onde a taxa de reação pode ser aumentada aumentando a temperatura. Naturalmente, o efeito da temperatura não pode ser aumentado infinita, e do mesmo modo com a intensidade de luz; um dos principais objetivos desta pesquisa é encontrar uma relação de intensidade ou concentração de luz adequada.
Este não é o primeiro experimento que usa a tecnologia de concentração. Na verdade, tem sido amplamente utilizado na concentração de energia solar e tratamento de águas residuais7,8. Os biomateriais, como a serragem de madeira de faia,podem ser pirolisados em um reator solar9,10. Alguns relatos anteriores mencionaram o método de co2 fotorredução11,12,13. Uma amostra exibiu um incremento de 50% no rendimento do produto quando a intensidade da luz foi duplicada14. Nosso grupo encontrou que concentrar a luz pode levantar a taxa do rendimento do CH4 com um aumento de até 12 vezes na intensidade. Além disso, o pré-tratamento do catalisador antes da reação concentrando a luz pode aumentar ainda mais a taxa de rendimento de CH4 15. Aqui, demonstramos o sistema experimental e o método em detalhe.
Protocol
Representative Results
Discussion
Concentrar a luz reduz a área de incidente claro e exige o uso de um catalizador em forma de disco ou de um reator so-called da fixo-cama para prender o catalizador. Desde que a fonte luminosa é geralmente uma lâmpada redondo-dada forma, a forma do catalizador deve igualmente ser redonda. Para obter um disco redondo, é possível pressionar o pó em um disco por comprimidos ou para mudar a folha metálica em um óxido por anodização. O método da anodização usa a eletricidade para oxidar o metal a um semicondutor …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho é apoiado pela Fundação de ciências naturais da China (n º 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
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