CO2 PHOTOREDUCTION til ch4 Performance under konsentrere Solar Light
Summary
Vi presenterer en protokoll for å forbedre ytelsen til CO2 PHOTOREDUCTION til ch4 ved heightening hendelsen lys intensitet via konsentrere solenergi teknologi.
Abstract
Vi viser en metode for styrking av CO2 photoreduction. Som drivkraften i en fotokatalytiske reaksjon er fra sollys, er den grunnleggende ideen å bruke konsentrasjon teknologi for å øke hendelsen solenergi lys intensitet. Konsentrere et stort område lys på et lite område kan ikke bare øke lysstyrken, men også redusere katalysatoren, samt reaktoren volum, og øke overflatetemperaturen. Konsentrasjonen av lys kan realiseres ved forskjellige enheter. I dette manuskriptet, er det realisert ved en Fresnel linse. Lyset trenger inn i objektivet og er konsentrert på en plate-formet katalysator. Resultatene viser at både reaksjons raten og den totale avkastningen øker effektivt. Metoden kan brukes på de fleste CO2 photoreduction katalysatorer, så vel som lignende reaksjoner med en lav reaksjonshastighet på naturlig lys.
Introduction
Utnyttelse av fossilt brensel er ledsaget av store mengder CO2 -utslipp, bidrar sterkt til global oppvarming. CO2 Capture, lagring og konvertering er avgjørende for å redusere co2 -innhold i atmosfæren1. Photoreduction av CO2 til hydrokarboner kan redusere co2, convert co2 til brensel, og spare solenergi. Men CO2 er et ekstremt stabilt molekyl. Dens C = O obligasjon besitter en høyere dissosiasjon energi (ca 750 kJ/mol)2. Dette betyr at CO2 er svært vanskelig å bli aktivert og transformert, og bare kort bølgelengde lys med høy energi kan være funksjonell i løpet av prosessen. Derfor CO2 photoreduction studier lider av lav konvertering effektivitet og reaksjons rater i dag. Mest rapporterte ch4 yield priser er bare på flere mikromol · gcata-1· h-1- nivåer på en TiO2 katalysator3,4. Design og fabrikasjon av fotokatalytiske systemer med høy konvertering effektivitet og reaksjonshastighet for CO2 reduksjon fortsatt en utfordring.
Et populært forskningsområde i co2 photoreduction katalysatorer er å utvide tilgjengelig lys bånd til det synlige spekteret og øke utnyttelsen effektiviteten av disse bølgelengder5,6. I stedet, i dette manuskriptet, prøver vi å øke reaksjonshastigheten ved å styrke lysstyrken. Som drivkraften til en fotokatalytiske reaksjon er sollys, er den grunnleggende ideen å bruke konsentrasjon teknologi for å øke hendelsen solenergi lys intensitet og derfor øke reaksjonshastigheten. Dette ligner på en thermocatalytic prosess, der reaksjonshastigheten kan økes ved å øke temperaturen. Selvfølgelig kan temperaturen effekten ikke ikke økes uendelig, og likeså med lys intensitet; et hovedmål med denne forskningen er å finne en passende lys intensitet eller konsentrasjon ratio.
Dette er ikke det første eksperimentet som bruker konsentrere teknologi. Faktisk har det vært mye brukt i konsentrere solenergi og avløpsvannbehandling7,8. Biomaterials som bøk tre sagflis kan være pyrolysert i en Solar reaktoren9,10. Noen tidligere rapporter har nevnt metoden for co2 photoreduction11,12,13. En prøve viste en 50% økning i produktet yield når lys intensiteten ble doblet14. Vår gruppe har funnet at konsentrere lyset kan øke CH4 yield rate med en opp til 12-fold økning i intensitet. I tillegg kan forbehandling av katalysator før reaksjonen ved å konsentrere lyset ytterligere øke CH4 yield rate15. Her viser vi det eksperimentelle systemet og metoden i detalj.
Protocol
Representative Results
Discussion
Konsentrere lyset reduserer lyset hendelsen området og krever bruk av en plate-formet katalysator eller en såkalt fast-Bed reaktor å holde katalysatoren. Siden lyskilden er vanligvis en rund-formet lampe, bør formen på katalysatoren også være rund. For å få en rund plate, er det mulig å trykke pulveret inn i en disk ved tableting eller for å endre metall folien til et oksid av anodiseringspro. Den anodiseringspro metoden bruker elektrisitet til å oksidere metallet til en oksid halvleder. Som metall forløpere…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet er støttet av Natural Science Foundation i Kina (nr. 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).
