Keng tarqalgan tuproq minerali, α-temir-(III) oksigidroksid, karbonat angidridni chumoli kislotasiga fotoreduksiya qilish uchun qayta ishlanadigan katalizator ekanligi aniqlandi. Muallif: Prof. Kazuhiko Maeda
CO2 ni chumoli kislotasi (HCOOH) kabi transport vositalariga fotoreduksiya qilish atmosferada CO2 darajasining ko'tarilishiga qarshi kurashishning yaxshi usuli hisoblanadi. Ushbu vazifani bajarishga yordam berish uchun Tokio Texnologiya Institutidagi tadqiqot guruhi osongina mavjud bo'lgan temir asosidagi mineralni tanlab, uni alyuminiy oksidi tayanchiga yukladi va CO2 ni HCOOH ga samarali aylantira oladigan katalizatorni ishlab chiqdi, bu taxminan 90% selektivlikdir!
Elektr transport vositalari ko'p odamlar uchun jozibador variant hisoblanadi va buning asosiy sababi shundaki, ularda uglerod chiqindilari yo'q. Biroq, ko'pchilik uchun katta kamchilik - bu ularning masofa yetishmasligi va uzoq zaryadlash vaqti. Aynan shu yerda benzin kabi suyuq yoqilg'i katta afzallikka ega. Ularning yuqori energiya zichligi uzoq masofalarga va tez yoqilg'i quyishni anglatadi.
Benzin yoki dizel yoqilg'isidan boshqa suyuq yoqilg'iga o'tish suyuq yoqilg'ining afzalliklarini saqlab qolgan holda uglerod chiqindilarini yo'q qilishi mumkin. Masalan, yonilg'i xujayrasida chumoli kislotasi dvigatelni quvvatlantirishi mumkin, shu bilan birga suv va karbonat angidridni chiqaradi. Biroq, agar chumoli kislotasi atmosferadagi CO2 ni HCOOH ga qaytarish orqali ishlab chiqarilsa, unda yagona sof chiqindi suvdir.
Atmosferamizdagi karbonat angidrid miqdorining ortishi va ularning global isishga qo'shgan hissasi endi keng tarqalgan yangilikka aylandi. Tadqiqotchilar muammoga turli yondashuvlar bilan tajriba o'tkazganlarida, samarali yechim paydo bo'ldi - atmosferadagi ortiqcha karbonat angidridni energiyaga boy kimyoviy moddalarga aylantirish.
Quyosh nurida CO2 ni fotoreduksiya qilish orqali formik kislota (HCOOH) kabi yoqilg'ilarni ishlab chiqarish yaqinda katta e'tiborni tortdi, chunki bu jarayonning ikki tomonlama foydasi bor: u ortiqcha CO2 chiqindilarini kamaytiradi va biz hozirda duch kelayotgan energiya tanqisligini minimallashtirishga yordam beradi. Yuqori energiya zichligiga ega vodorod uchun ajoyib tashuvchi sifatida HCOOH yonish orqali energiya bilan ta'minlay oladi va faqat qo'shimcha mahsulot sifatida suvni chiqaradi.
Ushbu foydali yechimni amalga oshirish uchun olimlar quyosh nuri yordamida karbonat angidridni kamaytiradigan fotokatalitik tizimlarni ishlab chiqdilar. Ushbu tizim yorug'likni yutuvchi substrat (ya'ni, fotosensibilizator) va CO2 ni HCOOH ga qaytarish uchun zarur bo'lgan ko'p elektron o'tkazilishini ta'minlaydigan katalizatordan iborat. Va shunday qilib, mos va samarali katalizatorlarni izlay boshladilar!
Keng tarqalgan birikma infografikasi yordamida karbonat angidridning fotokatalitik qaytarilishi. Muallif: Professor Kazuhiko Maeda
Samaradorligi va qayta ishlash imkoniyati tufayli qattiq katalizatorlar bu vazifa uchun eng yaxshi nomzodlar hisoblanadi va yillar davomida ko'plab kobalt, marganets, nikel va temir asosidagi metall-organik konstruksiyalarning (MOF) katalitik imkoniyatlari o'rganildi, ular orasida ikkinchisi boshqa metallarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega. Biroq, hozirgacha xabar qilingan temir asosidagi katalizatorlarning aksariyati faqat asosiy mahsulot sifatida uglerod oksidini ishlab chiqaradi, HCOOH emas.
Biroq, bu muammo Tokio Texnologiya Instituti (Tokyo Tech) professor Kazuhiko Maeda boshchiligidagi tadqiqotchilar jamoasi tomonidan tezda hal qilindi. Yaqinda Angewandte Chemie kimyoviy jurnalida chop etilgan tadqiqotda jamoa α-temir (III) oksigidroksidi (α-FeO₂OH; geotit) yordamida alyuminiy oksidi (Al2O3) bilan qo'llab-quvvatlanadigan temir asosidagi katalizatorni namoyish etdi. Yangi α-FeO₂OH/Al2O3 katalizatori CO2 ni HCOOH ga aylantirishning ajoyib ko'rsatkichlarini va ajoyib qayta ishlash qobiliyatini namoyish etadi. Katalizatorni tanlash haqida so'ralganda, professor Maeda shunday dedi: "Biz CO2 fotoreduksiyasi tizimlarida katalizator sifatida ko'proq elementlarni o'rganmoqchimiz. Bizga faol, qayta ishlanadigan, toksik bo'lmagan va arzon bo'lgan qattiq katalizator kerak. Shuning uchun biz tajribalarimiz uchun goetit kabi keng tarqalgan tuproq minerallarini tanladik".
Jamoa katalizatorlarini sintez qilish uchun oddiy singdirish usulini qo'lladi. Keyin ular temir bilan qoplangan Al2O3 materiallaridan foydalanib, xona haroratida ruteniy asosidagi (Ru) fotosensibilizator, elektron donor va 400 nanometrdan ortiq to'lqin uzunliklariga ega ko'rinadigan yorug'lik ishtirokida CO2 ni fotokatalitik ravishda kamaytirishdi.
Natijalar juda dalda beruvchi. Ularning tizimining asosiy mahsulot HCOOH uchun selektivligi 80–90% ni tashkil etdi, kvant rentabelligi esa 4,3% ni tashkil etdi (bu tizimning samaradorligini ko'rsatadi).
Ushbu tadqiqot samarali fotosensibilizator bilan birlashtirilganda HCOOH hosil qila oladigan o'ziga xos birinchi temir asosidagi qattiq katalizatorni taqdim etadi. Shuningdek, unda to'g'ri qo'llab-quvvatlovchi materialning (Al2O3) ahamiyati va uning fotokimyoviy qaytarilish reaksiyasiga ta'siri muhokama qilinadi.
Ushbu tadqiqotdan olingan ma'lumotlar karbonat angidridni boshqa foydali kimyoviy moddalarga fotoreduksiya qilish uchun yangi olijanob metallsiz katalizatorlarni ishlab chiqishga yordam berishi mumkin. “Bizning tadqiqotimiz shuni ko'rsatadiki, yashil energiya iqtisodiyotiga yo'l murakkab emas. Hatto oddiy katalizator tayyorlash usullari ham ajoyib natijalar berishi mumkin va alyuminiy oksidi kabi birikmalar bilan qo'llab-quvvatlansa, yerga boy birikmalar CO2 ni kamaytirish uchun selektiv katalizator sifatida ishlatilishi mumkinligi yaxshi ma'lum”, deb xulosa qiladi professor Maeda.
Ma'lumotnomalar: Daehyeon An, doktor Shunta Nishioka, doktor Shuhei Yasuda, doktor Tomoki Kanazava, doktor Yoshinobu Kamakura, Prof. Yoshinobu Kamakura, Prof. Nozawa, professor Kazuxiko Maeda, 12 may 2022 yil, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
“Aynan shu yerda benzin kabi suyuq yoqilgʻilar katta afzallikka ega. Ularning yuqori energiya zichligi uzoq masofalarga va tez yoqilgʻi quyishni anglatadi.”
Ba'zi raqamlar haqida nima deysiz? Chumoli kislotasining energiya zichligi benzin bilan qanday taqqoslanadi? Kimyoviy formulada faqat bitta uglerod atomi bo'lganligi sababli, u benzinga yaqinlashishiga shubham bor.
Bundan tashqari, hid juda zaharli va kislota sifatida u benzinga qaraganda ko'proq korroziyaga uchraydi. Bular hal qilib bo'lmaydigan muhandislik muammolari emas, lekin agar chumoli kislotasi diapazonni oshirish va batareyani to'ldirish vaqtini qisqartirishda sezilarli afzalliklarni taqdim etmasa, bu harakatga arzimaydi.
Agar ular tuproqdan goetit qazib olishni rejalashtirishganida, bu energiya talab qiladigan konchilik operatsiyasi bo'lar edi va atrof-muhitga zarar etkazishi mumkin edi.
Ular tuproqda juda ko'p goetit borligini aytishlari mumkin, chunki menimcha, kerakli xom ashyoni olish va ularni goetitni sintez qilish uchun reaksiyaga kirishish uchun ko'proq energiya talab etiladi.
Jarayonning butun hayot aylanishini ko'rib chiqish va hamma narsaning energiya narxini hisoblash kerak. NASA bepul uchirish degan narsani topmadi. Boshqalar buni yodda tutishlari kerak.
SciTechDaily: 1998-yildan beri eng yaxshi texnologik yangiliklarning uyi. Eng so'nggi texnologik yangiliklardan elektron pochta yoki ijtimoiy tarmoqlar orqali xabardor bo'lib turing.
Barbekyuning tutunli va mast qiluvchi ta'mlari haqida o'ylashning o'zi ko'pchilikning so'lagini oqizishi uchun yetarli. Yoz keldi va ko'pchilik uchun...