CO 2 太陽光集中下でのCH4性能へのCO2光減少

サマリー

太陽エネルギー技術を集中させることで入射光強度を高めることで、CO2光低減の性能をCH4に向上させるプロトコルを提示する。

要約

CO2光減少の強化方法を実証する.光触媒反応の原動力は太陽光からであるため、基本的な考え方は、光光の強度を上げるために集中技術を使用することです。大面積の光を小さな領域に集中させることは、光の強度を高めるだけでなく、触媒量を減らすだけでなく、反応器の体積を減らし、表面温度を上げます。光の濃度は、異なるデバイスによって実現することができます。この原稿では、フレネルレンズによって実現される。光はレンズを貫通し、円盤状の触媒に集中します。結果は、反応速度と総収量の両方が効率的に増加することを示す。この方法は、ほとんどのCO2光減少触媒に適用できるだけでなく、自然光での反応速度が低い同様の反応にも適用できます。

概要

化石燃料の利用には大量のCO2排出量が伴い、地球温暖化に大きく貢献しています。CO₂のキャプチャ、貯蔵、および変換は、大気中の CO₂含有量を削減するために不可欠^です1.CO2から炭化水素への光還元により、CO2を削減し、CO2を燃料に変換し、太陽エネルギーを節約することができます。しかし、CO2は非常に安定な分子です。そのC=O結合は、より高い解離エネルギー(約750 kJ/mol)2を有する。つまり、CO2は活性化や変換が非常に難しく、プロセス中に高エネルギーの短波長ライトのみが機能します。そのため、CO2光減少研究は、現在の低変換効率と反応速度に苦しんでいます。ほとんどの報告されたCH₄収率は、TiO₂触媒3、4上の数μmol·g^カタ-1·h^-1レベルでのみです。CO2削減のための変換効率と反応速度が高い光触媒システムの設計と製造は依然として課題です。

プロトコル

注意:運転前に、関連するすべての材料安全データシート(MSDS)を参照してください。いくつかの化学物質は可燃性であり、非常に腐食性があります。光を集中させると、有害な光強度と温度上昇を引き起こす可能性があります。個人用保護具(安全メガネ、手袋、ラボコート、ズボンなど)など、適切な安全装置をすべて使用してください。

1. 触媒製剤

1. 陽極酸化によるTiO2の調製
   注:陽極酸化は、金属箔とPt箔を2つのカウンター電極として使用します。2つの電極は電解質に入れされる。電気を使用して、陽極部の金属箔が酸化されます。
   1. NH4Fの0.3gとH2Oの2mLを100mLのグリコールに溶解し、攪拌機で200mLビーカーで電解質を形成する。45°Cの水浴に電解質付きビーカーを入れます。
   2. Ti フォイル (50 x 250 mm サイズ) をはさみで 25 x 25 mm にトリムします。
   3. Tiホイル表面を7,000メッシュのサンドペーパーで磨き、表面の不純物を除去します。
   4. 15 mLのエタノールを含む容積フラスコにTi箔を浸し、その後、アセトンの15 mLのフラスコを、超音波クリーナーで15分間処理します。Tiホイルを取り出し、脱イオン水で3~5倍をすすいで、20mLのエタ....

結果

元の光触媒反応器システムは、主にXeランプとステンレスシリンダーリアクターの2つのコンポーネントが含まれています。集中光反応器システムでは、図1に示すようにフレネルレンズと触媒ホルダーを追加しました。フレネルレンズは、より小さな領域に光を集中させるために使用されます。光が集中したので、触媒は点灯した領域に配置する必要があります。したがって、触媒はディスク形状にされ、ホルダーはこの領域の触媒を保持するために使用されます。

陽極酸化法を用いた場合、TiO2ナノチューブアレイの層が箔上に形成される。図 2は、キャラクタライゼーションの結果を表示します。しかし、さらに重要なことは、TiO₂アレイやその他の半導体がホイルに貼り付け、壊れることなく様々なサイズのディスクに簡単に切断できる可能性があります.......

ディスカッション

光を集中させることで入射領域が小さくなり、円盤状の触媒またはいわゆる固定床反応器を使用して触媒を保持する必要があります。光源は通常丸型ランプであるため、触媒の形状も丸くする必要があります。丸いディスクを得るために、粉末を打錠してディスクに押し込んだり、陽極酸化によって金属箔を酸化物に変えたりすることができる。陽極酸化法は、電気を使用して金属を酸化半導体に酸化します。金属前駆体は既にシートまたは箔なので、酸化後に破滅することなく、より簡単にトリミングすることができます。

考慮する必要があるもう 1 つの要因は、強度の測定です。光強度の商用検出器の使用にはいくつかの制限があるため、濃度後の光強度を与えていない。このような検出器は、多くの場合、大きな表面積(ID = 1 cm)とそれを保護するための壁を有し、集中光を測定するために使用される場合にも光の多くをブロックします。また、濃縮比が大きい場合、Xeランプ(多くの場合、IDが5cm)の小さなサイズは、検出器面積よりも小さい可能性がある非常に小さな領域に光を集中させます。したがって、集中光技術をさらに調べるためには、大型ランプを使用する.......

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
Tiホイル、99.99%	河北金属技術有限公司
Ptホイル、99.99%	天津アイーダHenghao技術有限公司
フッ化アンモニウム、98%	アラジン	A111758	湿度感受性
グリコール、>99.9%	アラジン	E103323
無水エタノール、>99.9%	アラジン	E111977	可燃性
アセトン、>99.5%	杭州双林化学有限公司	200-662-2	刺激臭
硝酸、65.0%-68.0%	杭州双林化学有限公司	231-714-2	湿度に敏感な
過酸化水素、30 重量% H2O	アラジン	H112515	強酸化
性尿素、99%	アラジン	U111897
脱イオン水、99.00%	実験室製
Xe ランプ、CELHXF300/CELHXUV300	北京 Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.
ステンレスシリンダーリアクター、CEL-GPPC	Beijing Zhongjiao Jinyuan Co., Ltd.
フレネルレンズ MYlens	Meiying Technology Co., Ltd.
7000メッシュサンド	ペーパーZibo Taichuan Abrasives Co.、Ltd.
超音波洗浄機、SK2210HP	上海Kedao超音波器械Co.、株式会社。
サーモスタットウォーターバス DF-101S	ボンシーインスツルメントテクノロジー(株)
ワニ口クリップ	広州Rongyu Co.、株式会社
DC定電圧源、DY-150V 2A	上海安定電気有限公司
マッフル炉 KSL-1200X	合肥柯京材料技術有限公司
石英ガラス	連雲港Weida石英製品有限公司
熱電対、WRNK-191K	Feiyang Electric Accessories Co.、Ltd.
電子磁気攪拌機、85-2	Shanghai Zhiwei Electric Appliance Co., Ltd.
真空ポンプ、SHB-IIIA	河南省泰康市科学教育機器工場
ガスクロマトグラフ、GC2014	SHIMAPZU
HT-PLOT Q キャピラリーカラム	ハイクロム
光パワーメータ、CEL-NP2000	北京中角金源有限公司
電子スケール、JJ124BC	上海Jingtian電子計器有限公司