Төмендегі форманы толтырыңыз, сонда біз сізге «Көмірқышқыл газын сұйық отынға айналдырудың жаңа технологиялық жетілдірулері» PDF нұсқасын электрондық пошта арқылы жібереміз.
Көмірқышқыл газы (CO2) - қазба отындарын және ең көп таралған парниктік газдарды жағудың өнімі, оны тұрақты түрде пайдалы отынға айналдыруға болады. CO2 шығарындыларын отын шикізатына айналдырудың бір перспективалы тәсілі - электрохимиялық тотықсыздану деп аталатын процесс. Бірақ коммерциялық тұрғыдан тиімді болу үшін, көміртегіге бай өнімдерді таңдау немесе өндіру үшін процесті жетілдіру қажет. Енді, Nature Energy журналында хабарланғандай, Лоуренс Беркли ұлттық зертханасы (Berkeley Lab) қосалқы реакция үшін қолданылатын мыс катализаторының бетін жақсартудың жаңа әдісін жасап шығарды, осылайша процестің селективтілігін арттырады.
«Мыстың бұл реакция үшін ең жақсы катализатор екенін білсек те, ол қажетті өнім үшін жоғары селективтілікті қамтамасыз етпейді», - деді Беркли зертханасының химиялық ғылымдар кафедрасының аға ғалымы және Калифорния университетінің химиялық инженерия профессоры Алексис. Спелл былай деді: «Біздің команда катализатордың жергілікті ортасын пайдаланып, осындай селективтілікті қамтамасыз ету үшін әртүрлі амалдарды жасауға болатынын анықтады».
Алдыңғы зерттеулерде зерттеушілер коммерциялық құндылығы бар көміртегіге бай өнімдерді жасау үшін ең жақсы электрлік және химиялық ортаны қамтамасыз етудің нақты жағдайларын анықтады. Бірақ бұл жағдайлар су негізіндегі өткізгіш материалдарды пайдаланатын типтік отын элементтерінде табиғи түрде болатын жағдайларға қайшы келеді.
Энергетика министрлігінің Liquid Sunshine Alliance ұйымының Энергетикалық инновация орталығы жобасының бөлігі ретінде отын ұяшығының су ортасында қолдануға болатын дизайнды анықтау үшін Белл және оның командасы белгілі бір зарядталған молекулалардың (иондардың) өтуіне мүмкіндік беретін жұқа иономер қабатын қолданды. Басқа иондарды қоспаңыз. Жоғары селективті химиялық қасиеттеріне байланысты олар микроортаға күшті әсер ету үшін өте қолайлы.
Bell тобындағы постдокторантуралық зерттеуші және мақаланың алғашқы авторы Чанён Ким мыс катализаторларының бетін екі кең таралған иономермен, Nafion және Sustainion-мен жабуды ұсынды. Топ бұлай істеу катализатордың жанындағы ортаны, соның ішінде рН мәнін және су мен көмірқышқыл газының мөлшерін өзгертуі керек деген болжам жасады, бұл реакцияны пайдалы химиялық заттарға оңай айналдыруға болатын көміртегіге бай өнімдерді алуға бағыттайды. Өнімдер және сұйық отындар.
Зерттеушілер полимер материалымен бекітілген мыс пленкасына әрбір иономердің жұқа қабатын және екі иономердің қос қабатын жағып, пленка түзді, оны қолмен жасалған электрохимиялық ұяшықтың бір ұшына жақын орналастыруға болатын еді. Батареяға көмірқышқыл газын енгізіп, кернеуді берген кезде олар батарея арқылы өтетін жалпы ток күшін өлшеді. Содан кейін реакция кезінде көршілес резервуарда жиналған газ бен сұйықтықты өлшеді. Екі қабатты жағдайда олар көміртегіге бай өнімдер реакция кезінде тұтынылатын энергияның 80%-ын құрайтынын анықтады, бұл қапталмаған жағдайда 60%-дан жоғары.
«Бұл сэндвич жабыны екі әлемнің де ең жақсысын қамтамасыз етеді: өнімнің жоғары селективтілігі және жоғары белсенділік», - деді Белл. Қос қабатты бет көміртегіге бай өнімдер үшін ғана емес, сонымен қатар белсенділіктің артуын көрсететін күшті ток тудырады.
Зерттеушілер жақсартылған реакция мыстың тікелей үстіндегі жабынның құрамында CO2 концентрациясының жоғары болуының нәтижесі деген қорытындыға келді. Сонымен қатар, екі иономер арасындағы аймақта жиналатын теріс зарядталған молекулалар жергілікті қышқылдықтың төмендеуін тудырады. Бұл комбинация иономер қабықшалары болмаған кезде пайда болатын концентрация арасындағы айырмашылықтарды өтейді.
Реакцияның тиімділігін одан әрі арттыру үшін зерттеушілер CO2 мен рН-ты арттырудың тағы бір әдісі ретінде иономер пленкасын қажет етпейтін бұрын дәлелденген технологияға жүгінді: импульстік кернеу. Қос қабатты иономер жабынына импульстік кернеуді қолдану арқылы зерттеушілер жабылмаған мыс пен статикалық кернеумен салыстырғанда көміртегіге бай өнімдердің 250%-ға өсуіне қол жеткізді.
Кейбір зерттеушілер өз жұмыстарын жаңа катализаторларды әзірлеуге бағыттағанымен, катализаторды ашу жұмыс жағдайларын ескермейді. Катализатор бетіндегі қоршаған ортаны бақылау - жаңа және ерекше әдіс.
«Біз мүлдем жаңа катализатор ойлап тапқан жоқпыз, бірақ реакция кинетикасы туралы түсінігімізді пайдаландық және бұл білімді катализатор алаңының ортасын қалай өзгерту керектігі туралы ойлауға бағыттадық», - деді аға инженер Адам Вебер. Беркли зертханаларының энергетикалық технология саласындағы ғалымдары және мақалалардың бірлескен авторы.
Келесі қадам - жабынды катализаторлар өндірісін кеңейту. Беркли зертханасының командасының алдын ала тәжірибелері коммерциялық қолдану үшін қажетті үлкен аумақты кеуекті құрылымдарға қарағанда әлдеқайда қарапайым шағын жазық модельдік жүйелерді қамтыды. «Тегіс бетке жабынды жағу қиын емес. Бірақ коммерциялық әдістер кішкентай мыс шарларын жағуды қамтуы мүмкін», - деді Белл. Екінші қабатты жабынды қосу қиынға соғады. Бір мүмкіндік - екі жабынды араластырып, еріткіште бірге тұндыру және еріткіш буланған кезде олардың бөлінуін үміт ету. Егер олар бөлінбесе ше? Белл былай деп қорытындылады: «Біз тек ақылды болуымыз керек». Ким С, Буй Дж.С., Луо Х және басқаларға жүгініңіз. Мыстағы қос қабатты иономер жабынын қолдана отырып, CO2-ні көп көміртекті өнімдерге электрототықсыздандыру үшін арнайы катализатор микроортасы. Nat Energy. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Бұл мақала келесі материалдан алынған. Ескерту: Материал көлемі мен мазмұны бойынша өңделген болуы мүмкін. Қосымша ақпарат алу үшін сілтеме жасалған дереккөзге хабарласыңыз.
Жарияланған уақыты: 2021 жылғы 22 қараша
