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CO2 Fotoriduzione a CH4 Performance Under Concentrateing Solar Light
Chapters
Summary June 12th, 2019
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Presentiamo un protocollo per migliorare le prestazioni della fotoriduzione del CO2 a CH4 aumentando l'intensità della luce incidente attraverso la tecnologia a concentrazione dell'energia solare.
Transcript
Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo della fotosintesi artificiale, come la fotoriduzione dell'anidride carbonica al metano. La tecnologia di concentrazione può non solo aumentare l'intensità della luce, ma anche ridurre la quantità di catalizzatore e il volume del reattore, aumentando al contempo la temperatura di reazione, aumentando così la velocità di reazione di fotoriduzione. Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sulla riduzione fotocatalitica dell'anidride carbonica, può anche essere applicato ad altri sistemi come la concentrazione dell'energia solare e il trattamento delle acque reflue.
Per preparare il biossido di titanio per anodizzazione sciogliere 0,3 grammi di fluoruro di ammonio e due millilitri di acqua in 100 millilitri di glicole in un bicchiere da 200 millilitri con un agitatore per formare l'elettrolita. Posizionare il becher con l'elettrolita in un bagno d'acqua di 45 gradi Celsius. Tagliare il foglio di titanio con forbici a 25 per 25 millimetri, quindi lucidare la superficie del foglio di titanio con una carta vetrata a rete 7000 per rimuovere le impurità superficiali.
Immergere il foglio di titanio in un pallone volumetrico contenente 15 millilitri di etanolo e quindi un pallone con 15 millilitri di acetone. Ora tratta il foglio per 15 minuti con un pulitore ad ultrasuoni. Eseminare il foglio di titanio, sciacquarlo da tre a cinque volte con l'acqua ionizzata e posizionare in un pallone volumetrico contenente 20 millilitri di etanolo.
Preparare la soluzione di lucidatura in un becher da 100 millilitri come descritto nel protocollo di testo. Ora rimuovere il foglio di titanio dal pallone di etanolo, sciacquarlo tre volte con l'acqua ionizzata e metterlo nella soluzione di lucidatura per due o te minuti. Rimuovere il foglio di titanio e lavarlo con l'acqua ionizzata altre tre volte.
Usa una clip di alligatore anoide per tenere il foglio di titanio pretrattato e una clip catodica per contenere un foglio di platino. Posizionare i due fogli faccia a faccia nell'elettrolita a una distanza di due centimetri l'uno dall'altro. Accendere la fonte di corrente stabilizzata a corrente diretta, sintonizzare la tensione a 50 volt ed elettrolizzare per 30 minuti.
Dopo che l'anodizzazione ha terminato, spegnere l'alimentazione ed eseminare il foglio di biossido di titanio. Immergere il foglio di titanio in un pallone volumetrico contenente 15 millilitri di etanolo e quindi trasferirlo in un pallone con 15 millilitri di acetone. Trattare il foglio di titanio per 15 minuti con un pulitore ad ultrasuoni.
Dopo il trattamento, sciacquare il foglio di titanio da tre a cinque volte con l'acqua ionizzata e posizionare in crogiolo da 15 millilitri. Mettere il crogiolo in un forno a 60 gradi Celsius per 12 ore per lasciare asciugare il foglio. Una volta asciutto, calcina il foglio di biossido di titanio in un forno a muffola sotto i 400 gradi Celsius per due ore con una velocità di riscaldamento di due gradi Celsius al minuto.
Per eseguire test catalitici sotto la luce di concentrazione, pulire il reattore a forma di cilindro inossidabile con l'acqua ionizzata. Quindi asciugarlo in forno a 60 gradi Celsius per 10 minuti per garantire nessuna interferenza da altre fonti di carbonio. Dopo l'essiccazione nel forno, aggiungere due millilitri d'acqua, un agitatore e un supporto catalizzatore al reattore.
Posizionare un vetro al quarzo con versamenti sul fondo del supporto e posizionare i catalizzatori di biossido di titanio al centro del vetro al quarzo. Ora metti il foro della tazza termica attraverso un'apertura nella parete del reattore e sulla superficie del catalizzatore. Aggiungere una lente Fresno sulla parte superiore del supporto e sigillare il reattore con una finestra di vetro al quarzo.
Posizionare il reattore sull'apparato elettromagnetico e controllare la tenuta all'aria con azoto. Alimentare l'anidride carbonica nel reattore attraverso un regolatore di flusso di massa e sciacquare il reattore almeno tre volte per cambiare il gas nel reattore in anidride carbonica. Posizionare la lampada allo xeno di due centimetri direttamente sopra il reattore.
Accendere la lampada allo xeno e regolarla a 15 ampere, quindi accendere l'interruttore degli agitatori magnetici per avviare la reazione. Registrare il cambiamento di temperatura sulla superficie del catalizzatore e nel gas. Analizzare il prodotto ogni ora utilizzando la gascromatografia dotata del rivelatore ionizzato a fiamma e di una colonna capillare per la separazione degli idrocarburi con uno o sei carboni.
Calcolare il numero di prodotti in base al metodo della riga standard esterna. Prima di quantificare il prodotto costruire una curva standard di metano. Qui è mostrato un dispositivo per concentrare la riduzione fotocatalitica dell'anidride carbonica.
La caratterizzazione XRD e SEM del catalizzatore ha mostrato che il catalizzatore preparato era un tipico nanotubo di ossido di titanio. Qui è mostrato il catalizzatore sotto la luce naturale. Sotto la luce di concentrazione il catalizzatore mostra un po 'di splendente.
Qui viene mostrato il modello di diffrazione dei raggi X, dopo aver concentrato l'irradiazione della luce, per rivelare i cambiamenti della struttura cristallina. La cristallinità è chiaramente migliorata dopo la reazione sotto la luce di concentrazione. La resa del metano viene misurata sotto la luce naturale e sotto concentrazione.
Le velocità di reazione del metano su diversi catalizzatori sono state significativamente migliorate nelle condizioni di concentrazione. Il pretrattamento del catalizzatore con gas adeguato aumenterebbe ulteriormente il tasso di produzione del metano. Seguendo questa procedura, altri metodi come la fotocatalisi concentrata sotto la luce solare reale possono essere eseguiti al fine di rispondere a domande di addizione come la scissione fotocatalitica dell'acqua e la degradazione di composti organici volatili sotto la luce solare reale.
Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo fotocatalitico come migliorare il comportamento di fotoriduzione dell'anidride carbonica in un sistema fotochimico. Non dimenticare che lavorare con la concentrazione della luce può essere estremamente pericoloso e precauzioni come googles dovrebbero sempre essere prese durante l'esecuzione di questa procedura.
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