Топырақта кең таралған минерал, α-темір-(III) оксигидроксиді, көмірқышқыл газын құмырсқа қышқылына дейін фотототықсыздандыру үшін қайта өңделетін катализатор болып табылатыны анықталды. Автор: Проф. Казухико Маэда
CO2-ні құмырсқа қышқылы (HCOOH) сияқты тасымалданатын отынға фотототықсыздандыру атмосферадағы CO2 деңгейінің жоғарылауымен күресудің жақсы тәсілі болып табылады. Бұл тапсырманы орындауға көмектесу үшін Токио технологиялық институтының зерттеу тобы оңай қолжетімді темір негізіндегі минералды таңдап, оны CO2-ні HCOOH-қа тиімді түрде айналдыра алатын катализатор жасау үшін алюминий оксидінің тірегіне жүктеді, бұл шамамен 90% селективтілік!
Электр көліктері көптеген адамдар үшін тартымды нұсқа болып табылады, және оның басты себебі - олардың көміртегі шығарындыларының болмауы. Дегенмен, көпшілік үшін үлкен кемшілік - олардың қашықтықтың аздығы және ұзақ зарядтау уақыты. Бензин сияқты сұйық отынның үлкен артықшылығы осында. Олардың жоғары энергия тығыздығы ұзақ қашықтыққа және тез жанармай құюға мүмкіндік береді.
Бензиннен немесе дизель отынынан басқа сұйық отынға ауысу сұйық отынның артықшылықтарын сақтай отырып, көміртегі шығарындыларын азайта алады. Мысалы, отын ұяшығында құмырсқа қышқылы су мен көмірқышқыл газын бөліп шығара отырып, қозғалтқышты қуаттандыра алады. Дегенмен, егер құмырсқа қышқылы атмосфералық CO2-ні HCOOH-қа дейін тотықсыздандыру арқылы өндірілсе, онда таза өнім тек су болып табылады.
Атмосферадағы көмірқышқыл газы деңгейінің жоғарылауы және оның жаһандық жылынуға қосқан үлесі қазір кең таралған жаңалыққа айналды. Зерттеушілер мәселені шешудің әртүрлі тәсілдерін қолданып көрген кезде тиімді шешім пайда болды - атмосферадағы артық көмірқышқыл газын энергияға бай химиялық заттарға айналдыру.
Күн сәулесінде CO2 фотототықсыздандырылуы арқылы құмырсқа қышқылы (HCOOH) сияқты отын өндірісі жақында көп назар аударды, себебі бұл процестің қос пайдасы бар: ол артық CO2 шығарындыларын азайтады және қазіргі уақытта тапшылығымызды азайтуға көмектеседі. Жоғары энергия тығыздығы бар сутегі үшін тамаша тасымалдаушы ретінде HCOOH тек суды қосалқы өнім ретінде бөліп, жану арқылы энергия бере алады.
Бұл тиімді шешімді жүзеге асыру үшін ғалымдар күн сәулесінің көмегімен көмірқышқыл газын азайтатын фотокаталитикалық жүйелерді жасап шығарды. Бұл жүйе жарық сіңіретін субстраттан (яғни, фотосенсибилизатордан) және CO2-ні HCOOH-қа дейін тотықсыздандыру үшін қажетті бірнеше электронды тасымалдауды қамтамасыз ететін катализатордан тұрады. Осылайша, қолайлы және тиімді катализаторларды іздей бастады!
Көмірқышқыл газының фотокаталитикалық тотықсыздануы жиі қолданылатын қосылыс инфографикасын қолдану арқылы. Дереккөз: профессор Казухико Маэда
Тиімділігі мен қайта өңдеу мүмкіндігінің арқасында қатты катализаторлар бұл тапсырма үшін ең жақсы кандидаттар болып саналады және жылдар бойы көптеген кобальт, марганец, никель және темір негізіндегі металл-органикалық құрылымдардың (MOF) каталитикалық мүмкіндіктері зерттелді, олардың ішінде соңғысының басқа металдарға қарағанда кейбір артықшылықтары бар. Дегенмен, әзірге хабарланған темір негізіндегі катализаторлардың көпшілігі негізгі өнім ретінде тек көміртегі тотығын шығарады, HCOOH емес.
Дегенмен, бұл мәселені профессор Казухико Маэда бастаған Токио технологиялық институтының (Токио Тех) зерттеушілер тобы тез арада шешті. Жақында Angewandte Chemie химиялық журналында жарияланған зерттеуде топ α-темір (III) оксигидроксидін (α-FeO₂OH; геотит) пайдаланып, алюминий оксиді (Al2O3) қолдайтын темір негізіндегі катализаторды көрсетті. Жаңа α-FeO₂OH/Al2O3 катализаторы CO2-ні HCOOH-қа айналдырудың тамаша өнімділігін және тамаша қайта өңдеу мүмкіндігін көрсетеді. Катализаторды таңдау туралы сұрағанда, профессор Маэда былай деп жауап берді: «Біз CO2 фотототықсыздану жүйелерінде катализатор ретінде көбірек мол элементтерді зерттегіміз келеді. Бізге белсенді, қайта өңделетін, улы емес және арзан қатты катализатор қажет. Сондықтан біз тәжірибелеріміз үшін гетит сияқты кең таралған топырақ минералдарын таңдадық».
Топ катализаторларын синтездеу үшін қарапайым сіңдіру әдісін қолданды. Содан кейін олар рутений негізіндегі (Ru) фотосенсибилизатордың, электрон донорының және толқын ұзындығы 400 нанометрден асатын көрінетін жарықтың қатысуымен бөлме температурасында CO2 фотокаталитикалық түрде тотықсыздандыру үшін темірмен қамтамасыз етілген Al2O3 материалдарын пайдаланды.
Нәтижелер өте қуантады. Негізгі өнім HCOOH үшін олардың жүйесінің селективтілігі 80–90% болды, ал кванттық өнімділігі 4,3% болды (бұл жүйенің тиімділігін көрсетеді).
Бұл зерттеу тиімді фотосенсибилизатормен жұптасқан кезде HCOOH түзе алатын алғашқы темір негізіндегі қатты катализаторды ұсынады. Сондай-ақ, тиісті тірек материалының (Al2O3) маңыздылығы және оның фотохимиялық тотықсыздану реакциясына әсері талқыланады.
Бұл зерттеуден алынған түсініктер көмірқышқыл газын басқа пайдалы химиялық заттарға фотототықсыздандыру үшін жаңа асыл металлсыз катализаторларды әзірлеуге көмектесуі мүмкін. «Біздің зерттеуіміз жасыл энергия экономикасына апаратын жолдың күрделі емес екенін көрсетеді. Тіпті катализаторларды дайындаудың қарапайым әдістері де керемет нәтижелер бере алады, және жер бетіне бай қосылыстарды, егер олар алюминий оксиді сияқты қосылыстармен қамтамасыз етілсе, CO2 тотықсыздандыру үшін селективті катализатор ретінде пайдалануға болатыны белгілі», - деп қорытындылайды профессор Маэда.
Әдебиеттер: «Алюминий тотығы қолдайтын альфа-темір (III) оксигидроксиді көрінетін жарық астында CO2 фоторедукциясы үшін қайта өңдеуге болатын қатты катализатор ретінде» Дэхён Ан, доктор Шунта Нисиока, доктор Шухей Ясуда, доктор Томоки Каназава, доктор Йошинобу Камакура, Йосуи Про. Нозава, профессор Казухико Маэда, 12 мамыр 2022 ж., Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
«Міне, бензин сияқты сұйық отынның үлкен артықшылығы осында. Олардың жоғары энергия тығыздығы ұзақ қашықтыққа және тез жанармай құюға мүмкіндік береді».
Кейбір сандар туралы не айтасыз? Құмырсқа қышқылының энергия тығыздығы бензинмен қалай салыстырылады? Химиялық формуласында тек бір көміртек атомы болғандықтан, оның бензинге жақындайтынына күмәнім бар.
Сонымен қатар, иісі өте улы және қышқыл ретінде бензинге қарағанда коррозиялық. Бұл шешілмейтін инженерлік мәселелер емес, бірақ құмырсқа қышқылы ауқымын арттыруда және батареяны қайта толтыру уақытын қысқартуда айтарлықтай артықшылықтар бермесе, бұл күш-жігердің қажеті жоқ шығар.
Егер олар топырақтан гетитті өндіруді жоспарласа, бұл энергияны көп қажет ететін тау-кен өндірісі болып табылады және қоршаған ортаға зиян келтіруі мүмкін.
Олар топырақта гетиттің көп екенін айтуы мүмкін, себебі менің ойымша, қажетті шикізатты алу және оларды гетитті синтездеу үшін көбірек энергия қажет болады.
Процестің бүкіл өмірлік циклін қарап, барлық нәрсенің энергия құнын есептеу қажет. NASA тегін ұшыру дегенді таппады. Басқалары мұны есте ұстауы керек.
SciTechDaily: 1998 жылдан бергі ең үздік технологиялық жаңалықтардың мекені. Соңғы технологиялық жаңалықтардан электрондық пошта немесе әлеуметтік желілер арқылы хабардар болып отырыңыз.
Барбекюдің ысталған және мас ететін дәмдері туралы ойлаудың өзі көпшіліктің сілекейін ағызуға жеткілікті. Жаз келді, және көптеген адамдар үшін...