CO2 fotoreğitimlik ch4 performans altında konsantre güneş ışığı
Summary
Biz yoğun güneş enerjisi teknolojisi ile olay ışık yoğunluğu artırarak ch4 Co2 photoreduction performansını artırmak için bir protokol sunuyoruz.
Abstract
Biz CO2 photoreduction geliştirme için bir yöntem göstermektedir. Bir Fotokatalitik reaksiyon itici kuvvet güneş ışığında, temel fikir olay güneş ışığı yoğunluğu yükseltmek için konsantrasyon teknolojisini kullanmaktır. Büyük alan ışığını küçük bir alana konsantre etmek sadece ışık yoğunluğunu artıramaz, aynı zamanda katalizör miktarını ve reaktör hacmini azaltabilir ve yüzey sıcaklığını arttırır. Işığın konsantrasyonu farklı cihazlar tarafından gerçekleştirilebilir. Bu yazıda, bir Fresnel lens tarafından gerçekleştirilir. Işık objektif nüfuz ve disk şeklinde bir katalizör üzerinde yoğunlaşmıştır. Sonuçlar, hem reaksiyon oranının hem de toplam randımanın verimli bir şekilde arttığını göstermektedir. Yöntem çoğu CO2 photoreduction katalizör, yanı sıra doğal ışıkta düşük reaksiyon oranı ile benzer reaksiyonlar için uygulanabilir.
Introduction
Fosil yakıtların kullanımı büyük miktarlarda CO2 emisyon eşlik eder, küresel ısınmaya büyük katkı. CO2 ATMOSFERDEKI Co2 içeriğini azaltmak için yakalama, saklama ve dönüşüm esastır1. CO 2 hidrokarbonlar photoreduction CO2azaltabilir, yakıt Co2 dönüştürmek ve güneş enerjisi tasarruf. Ancak, CO2 son derece istikrarlı bir molekül. Onun C = O Bond daha yüksek bir ayrışma enerji sahiptir (hakkında 750 kj/mol)2. Bu, CO2 ‘ nin aktif olması ve dönüştürülmesi çok zor olduğu anlamına gelir ve işlem sırasında sadece yüksek enerjiye sahip kısa dalga boyunda ışıklar işlevsel olabilir. Bu nedenle, CO2 photoreduction çalışmaları düşük dönüşüm verimliliği ve tepki oranları Şu anda muzdarip. En çok bildirilenCH 4 verim oranları sadece birkaç μmol · gcata-1· h-1 seviyeleri bir Tio2 katalizör3,4. CO2 azaltma için yüksek dönüşüm verimliliği ve reaksiyon oranı ile Fotokatalitik sistemlerin tasarımı ve imalatı bir zorluk olarak kalır.
Co2 photoreduction katalizörler içine araştırma bir popüler alan görünür spektrumuna mevcut ışık bandı genişletmek ve bu dalga boyları5,6kullanım verimliliğini artırmak etmektir. Bunun yerine, bu yazıda, ışık yoğunluğunu artırarak reaksiyon oranını artırmaya çalışıyoruz. Bir Fotokatalitik reaksiyon itici kuvveti güneş ışığı olduğu için, temel fikir olay güneş ışığı yoğunluğu yükseltmek için konsantrasyon teknolojisini kullanmak ve bu nedenle, reaksiyon oranını artırmak. Bu, sıcaklık artırılarak reaksiyon oranının artabileceği bir termokatalitik işleme benzer. Tabii ki, sıcaklık etkisi sonsuz artış olamaz, ve aynı şekilde ışık yoğunluğu ile; Bu araştırmanın önemli bir amacı uygun bir ışık yoğunluğu veya konsantrasyon oranı bulmak.
Bu, konsantrasyon teknolojisini kullanan ilk deney değildir. Aslında, bu yaygın güneş enerjisi ve Atıksu Arıtma7,8konsantrasyon kullanılmıştır. Kayın ahşap talaş gibi Biyomalzemeler bir güneş reaktörü pirolize olabilir9,10. Bazı önceki raporlar Co2 photoreduction11,12,13için yöntemi bahsedilmiştir. Bir örnek, ışık yoğunluğu14iki katına çıktığında Ürün verimini% 50 artış sergiledi. Grubumuz, konsantre ışığın, 12 kat yoğunlukta artış ile CH4 verim hızını yükseltecektir buldu. Buna ek olarak, aydınlatma konsantre önce katalizör ön tedavisi daha da CH artırabilir4 verim oranı15. Burada deneysel sistemi ve yöntemi ayrıntılı olarak gösteriyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Konsantre ışık ışık olay alanı azaltır ve bir disk şeklinde katalizör veya sözde sabit yatak reaktörü katalizör tutmak için kullanılması gerekir. Işık kaynağı genellikle yuvarlak şekilli bir lamba olduğundan, katalizör şekli de yuvarlak olmalıdır. Yuvarlak bir disk elde etmek için, bir diske Tabletleme veya elokasyon tarafından bir oksit içine metal folyo değiştirmek için toz basın mümkündür. Anodizasyon yöntemi, bir oksit yarıiletken metal oksitlemek için elektrik kullanır. Metal…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Çin doğal Bilim Vakfı tarafından desteklenmektedir (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. |
References
- 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).
