태양광 집중 하에서 CH4 성능에 대한 CO2 광감소

요약

태양 에너지 기술을 집중하여 입사 광강도를 높여 CH4에 대한 CO2 광감소 의 성능을 향상시키기 위한 프로토콜을 제시합니다.

초록

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.

서론

화석 연료의 활용은 많은 양의_CO2 배출을 수반하여 지구 온난화에 크게 기여합니다. _CO2 캡처, 저장 및 변환은 대기권에서 CO2 함량을 감소시키는 데 필수적이다^1. 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. 따라서_CO2 광감소 연구는 현재 낮은 전환 효율 및 반응률로 고통받고 있습니다. 가장 많이 보고된 CH4 수율 은 TiO2 촉매 ^3,4에대해 여러 μmol·g_{카타-1·h-1}수준에서만 이다. CO2 감소를 위한 높은 변환....

프로토콜

주의: 작동 전에 모든 관련 재료 안전 데이터 시트(MSDS)를 참조하십시오. 여러 화학 물질은 인화성 및 높은 부식성입니다. 빛을 집중하면 유해한 빛의 강도와 온도가 증가할 수 있습니다. 개인 보호 장비(안전 안경, 장갑, 실험실 코트, 바지 등)와 같은 모든 적절한 안전 장치를 사용하십시오.

1. 촉매 준비

1. 양극 산화에 의한 TiO₂ 의 준비
   주: 양극 산화 처리는 금속 포일과 Pt 호일을 두 개의 카운터 전극으로 사용합니다. 두 전극은 전해질에 투입됩니다. 전기를 사용하여 양극 현장의 금속 호일은 산화됩니다.
   1. NH 4F 및H₂mL의 0.3 g을 200 mL 비커에 글리콜 100 mL에 용해하여 전해질을 형성한다. 전해질이 있는 비커를 45°C 수조에 넣습니다.
   2. 가위로 Ti 호일(50 x 250mm 크기)을 25 x 25mm로 자립니다.
   3. 7,000메쉬 사포로 Ti 호일 표면을 연마하여 표면 불순물을 제거합니다.
   4. Ti 호일을 15 mL의 에탄올을 함유 한 체적 플라스크에 담근 다음 15 mL의 아세톤플라스크를 넣고 초음파 클리너로 15 분 ....

결과

원래 광촉매 반응기 시스템은 주로 두 가지 구성 요소, Xe 램프와 스테인레스 실린더 반응기를 포함합니다. 집중 광 반응기 시스템의 경우 그림1과 같이 프레넬 렌즈와 촉매 홀더를 추가했습니다. 프레넬 렌즈는 더 작은 영역에 빛을 집중시키기 위해 사용됩니다. 빛이 집중되면 촉매는 조명 영역에 배치해야합니다. 따라서 촉매는 디스크 모양으로 만들어지고 홀더는이 영역에서 촉매를 유지하는 데 사용됩니다.

양극 산화 처리 방법을 사용했을 때, TiO₂ 나노튜브 어레이층이 호일에 형성될 것이다. 그림 2에는 일부 특성화 결과가 표시됩니다. 그러나 더 중요한 것은 TiO₂ 어레이 또는 기타 반도체가 호일에 붙어 있어 파손 없이 다양한.......

토론

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 산화시킵니다. 금속 전구체는 이미 시트 또는 호일이기 때문에 산화 후 파손하지 않고 더 쉽게 다듬을 수 있습니다.

고려해야 할 또 다른 요소는 강도 측정입니다. 우리는 광 강도의 상용 검출기의 사용이 몇 가지 한계를 가지고 있기 때문에 농도 후 광 강도를 부여하지 않았습니다. 이러한 검출기는 종종 큰 표면적 (ID = 1cm)과 그것을 보호하기 위해 벽을 가지고, 이는 또한 집중 빛을 측정하는 데 사용되는 경우 빛의 대부분을 차단합니다. 또한, 집중 비율이 크면, Xe 램프의 작은 크기(종종 5cm의 ID를.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
티타늄 포일, 99.99%	Hebei Metal Technology Co., Ltd.
Pt 포일, 99.99%	Tianjin Aida Henghao Technology Co., Ltd.
불화암모늄, 98%	알라딘	A111758	습도에 민감한
글리콜, >99.9%	알라	E103323
무수 에탄올, >99.9%	알라딘	E111977	가연성
아세톤, >99.5%	항저우 Shuanglin Chemical Co., Ltd.	200-662-2	자극적인 냄새
질산, 65.0%-68.0%	항저우 Shuanglin 화학 Co., Ltd.	231-714-2	습도에 민감한
과산화수소, 30wt. H2O	알라딘	H112515	강력한 산화
99%	알라	U111897
탈이온수, 99.00%	실험실에서 만든
Xe 램프, CELHXF300/CELHXUV300	Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.
스테인레스 실린더 반응기, CEL-GPPC	베이징 Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.
프레넬 렌즈, MYlens	Meiying Technology Co., Ltd.
7000 메쉬 사포	Zibo Taichuan Abrasives Co., Ltd.
초음파 세척기, SK2210HP	Shanghai Kedao Ultrasonic Instrument Co., Ltd.
온도 조절 수조, DF-101S	Boncie Instrument Technology Co., Ltd.
앨리게이터 클립	Guangzhou Rongyu Co., Ltd.
DC 정전압 소스, DY-150V 2A	Shanghai Anding Electric Co., Ltd.
쌉니다 용광로, KSL-1200X	Hefei Kejing Materials Technolgy Co., Ltd.
석영 유리	Lianyungang Weida 석영 제품 Co., Ltd.
열전대, WRNK-191K	Feiyang Electric Accessories Co., Ltd.
전자 교반기, 85-2	Shanghai Zhiwei Electric Appliance Co., Ltd.
진공 펌프, SHB-IIIA	허난성 Taikang 과학 및 교육 장비 공장
가스 크로마토그래프, GC2014	SHIMAPZU
HT-PLOT Q 모세관 기둥	Hychrom
광학 파워 미터, CEL-NP2000	Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.
전자 저울, JJ124BC	Shanghai Jingtian Electronic Instrument Co., Ltd.

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