Hãy điền vào biểu mẫu bên dưới và chúng tôi sẽ gửi cho bạn bản PDF của “Cải tiến công nghệ mới để chuyển đổi carbon dioxide thành nhiên liệu lỏng”
Carbon dioxide (CO2) là sản phẩm của quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch và loại khí nhà kính phổ biến nhất, có thể được chuyển đổi trở lại thành nhiên liệu hữu ích một cách bền vững. Một cách đầy hứa hẹn để chuyển đổi khí thải CO2 thành nguyên liệu nhiên liệu là một quá trình gọi là khử điện hóa. Nhưng để có hiệu quả về mặt thương mại, quy trình này cần được cải tiến để chọn lọc hoặc tạo ra nhiều sản phẩm giàu carbon mong muốn hơn. Hiện nay, như đã đưa tin trên tạp chí Nature Energy, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Phòng thí nghiệm Berkeley) đã phát triển một phương pháp mới để cải thiện bề mặt của chất xúc tác đồng được sử dụng cho phản ứng phụ, từ đó làm tăng tính chọn lọc của quá trình.
Alexis, nhà khoa học cấp cao tại Khoa Khoa học Hóa học tại Phòng thí nghiệm Berkeley và là giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học, cho biết: “Mặc dù chúng tôi biết rằng đồng là chất xúc tác tốt nhất cho phản ứng này nhưng nó không mang lại tính chọn lọc cao cho sản phẩm mong muốn”. của California, Berkeley. Chính tả nói. “Nhóm của chúng tôi nhận thấy rằng bạn có thể sử dụng môi trường cục bộ của chất xúc tác để thực hiện nhiều thủ thuật khác nhau nhằm mang lại loại tính chọn lọc này”.
Trong các nghiên cứu trước đây, các nhà nghiên cứu đã thiết lập các điều kiện chính xác để cung cấp môi trường điện và hóa học tốt nhất nhằm tạo ra các sản phẩm giàu carbon có giá trị thương mại. Nhưng những điều kiện này trái ngược với những điều kiện xảy ra tự nhiên trong pin nhiên liệu điển hình sử dụng vật liệu dẫn điện gốc nước.
Để xác định thiết kế có thể được sử dụng trong môi trường nước pin nhiên liệu, như một phần của dự án Trung tâm Đổi mới Năng lượng thuộc Liên minh Ánh nắng lỏng của Bộ Năng lượng, Bell và nhóm của ông đã chuyển sang một lớp ionomer mỏng, cho phép tích điện nhất định. phân tử (ion) đi qua. Loại trừ các ion khác. Do đặc tính hóa học có tính chọn lọc cao nên chúng đặc biệt thích hợp để tác động mạnh đến môi trường vi mô.
Chanyeon Kim, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ trong nhóm Bell và là tác giả đầu tiên của bài báo, đã đề xuất phủ lên bề mặt chất xúc tác đồng bằng hai chất ionomer phổ biến là Nafion và Sustainion. Nhóm nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng làm như vậy sẽ làm thay đổi môi trường gần chất xúc tác – bao gồm độ pH, lượng nước và carbon dioxide – theo cách nào đó để định hướng phản ứng tạo ra các sản phẩm giàu carbon có thể dễ dàng chuyển đổi thành các hóa chất hữu ích. Sản phẩm và nhiên liệu lỏng.
Các nhà nghiên cứu đã áp dụng một lớp mỏng của mỗi ionomer và một lớp kép gồm hai ionomer vào một màng đồng được hỗ trợ bởi vật liệu polymer để tạo thành một màng mà họ có thể chèn gần một đầu của tế bào điện hóa hình bàn tay. Khi bơm carbon dioxide vào pin và đặt điện áp vào, họ đã đo tổng dòng điện chạy qua pin. Sau đó, họ đo lượng khí và chất lỏng thu được trong bể chứa liền kề trong quá trình phản ứng. Đối với trường hợp hai lớp, họ phát hiện ra rằng các sản phẩm giàu carbon chiếm 80% năng lượng tiêu thụ cho phản ứng – cao hơn 60% ở trường hợp không phủ.
Bell cho biết: “Lớp phủ dạng bánh sandwich này mang lại những ưu điểm tốt nhất của cả hai thế giới: tính chọn lọc sản phẩm cao và hoạt tính cao”. Bề mặt hai lớp không chỉ tốt cho các sản phẩm giàu carbon mà còn tạo ra dòng điện mạnh đồng thời cho thấy hoạt động tăng lên.
Các nhà nghiên cứu kết luận rằng phản ứng được cải thiện là kết quả của nồng độ CO2 cao tích lũy trong lớp phủ trực tiếp trên đồng. Ngoài ra, các phân tử tích điện âm tích tụ trong vùng giữa hai ionomer sẽ tạo ra độ axit cục bộ thấp hơn. Sự kết hợp này bù đắp sự cân bằng nồng độ có xu hướng xảy ra khi không có màng ionomer.
Để nâng cao hơn nữa hiệu quả của phản ứng, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang một công nghệ đã được chứng minh trước đó là không cần màng ionomer như một phương pháp khác để tăng CO2 và pH: điện áp xung. Bằng cách áp dụng điện áp xung vào lớp phủ ionomer hai lớp, các nhà nghiên cứu đã đạt được mức tăng 250% ở các sản phẩm giàu carbon so với đồng không tráng phủ và điện áp tĩnh.
Mặc dù một số nhà nghiên cứu tập trung công việc của họ vào việc phát triển các chất xúc tác mới, việc phát hiện ra chất xúc tác không tính đến các điều kiện hoạt động. Kiểm soát môi trường trên bề mặt xúc tác là một phương pháp mới và khác biệt.
Adam Weber, một kỹ sư cấp cao cho biết: “Chúng tôi không nghĩ ra một chất xúc tác hoàn toàn mới mà sử dụng hiểu biết của mình về động học phản ứng và sử dụng kiến thức này để hướng dẫn chúng tôi suy nghĩ về cách thay đổi môi trường của vị trí chất xúc tác”. Các nhà khoa học trong lĩnh vực công nghệ năng lượng tại Phòng thí nghiệm Berkeley và là đồng tác giả của bài báo.
Bước tiếp theo là mở rộng sản xuất chất xúc tác được phủ. Các thí nghiệm sơ bộ của nhóm Phòng thí nghiệm Berkeley liên quan đến các hệ thống mô hình phẳng nhỏ, đơn giản hơn nhiều so với các cấu trúc xốp diện tích lớn cần thiết cho các ứng dụng thương mại. “Không khó để phủ một lớp sơn lên bề mặt phẳng. Nhưng các phương pháp thương mại có thể liên quan đến việc phủ những quả bóng đồng nhỏ”, Bell nói. Việc thêm lớp phủ thứ hai trở nên khó khăn. Một khả năng là trộn và lắng đọng hai lớp phủ lại với nhau trong dung môi và hy vọng rằng chúng sẽ tách ra khi dung môi bay hơi. Nếu họ không làm vậy thì sao? Bell kết luận: “Chúng ta chỉ cần thông minh hơn thôi”. Tham khảo Kim C, Bùi JC, Luo X và những người khác. Môi trường vi mô xúc tác được tùy chỉnh để khử điện CO2 thành các sản phẩm nhiều cacbon bằng cách sử dụng lớp phủ ionomer hai lớp trên đồng. Năng lượng Nat. 2021;6(11):1026-1034. doi:10.1038/s41560-021-00920-8
Bài viết này được sao chép từ các tài liệu sau đây. Lưu ý: Tài liệu có thể đã được chỉnh sửa về độ dài và nội dung. Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với nguồn được trích dẫn.
Thời gian đăng: 22-11-2021
