Karbondioksiti faydalı metana dönüştüren katalizörlerin tek adımda sentezi

Science Tokyo’dan araştırmacıların bildirdiği gibi, basit bir alev sentezi yöntemi, karbondioksiti metana dönüştürmek için oldukça aktif katalizörler üretebilir. Ekip, geleneksel yöntemlere göre daha ince nanopartiküllere ve daha aktif bölgelere sahip nikel-seryum oksit katalizörleri üretmek için alev destekli sprey pirolizi kullandı. Bu katalizörler, büyük ölçekli üretime uygun kalarak olağanüstü metanasyon performansı elde etti ve karbon nötr yakıt teknolojilerine doğru pratik bir yol sundu.

Dünya karbon nötrlüğüne ulaşmaya çalışırken, yakalanan karbondioksiti (CO) yeniden kullanmanın pratik yollarını buluyor.₂) önemli bir hedef haline geldi.

Umut verici bir yaklaşım atık veya atmosferik CO2’yi dönüştürmektir.₂ metana (CH₄), metanasyon olarak bilinen bir işlem yoluyla değerli bir yakıt ve kimyasal hammadde. Metan mevcut gaz altyapısı kullanılarak depolanıp taşınabildiği için fosil yakıtlara olan bağımlılığın azaltılmasına yardımcı olabilir.

Ancak CO yapmak₂ Metanlamanın verimli ve uygun fiyatlı olması büyük bir zorluk olmaya devam ediyor. Bilim adamları olağanüstü katalizörler geliştirmiş olsalar da, en iyi performans gösterenlerin çoğu maliyetli, zaman alıcı ve endüstriyel üretim için ölçeklendirilmesi zor olan karmaşık üretim yöntemleri gerektiriyor. Katalizör sentezi basitleştirilemediği sürece CO₂ Metanlaşmanın karbon emisyonları üzerinde anlamlı bir etkisi olması muhtemel değildir.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için, Japonya’nın Tokyo Bilim Enstitüsü’nden doçent Tsuyoshi Nagasawa’nın liderliğindeki, aynı enstitüden yüksek lisans öğrencisi Kosei Okada’nın da dahil olduğu bir araştırma ekibi, Japonya’nın Nagoya Üniversitesi’nden atanmış doçent Maki Nakamura ve Japonya Senkrotron Radyasyon Araştırma Enstitüsü (JASRI), SPring-8, Japonya’dan araştırmacılar ile işbirliği içinde, CO2 için yüksek performanslı katalizörler üretmek için tek adımlı basit bir yöntem geliştirdi.₂ metanasyon.

Bulguları dergide yayınlandı Yakıtbu üretim yaklaşımının nasıl yüksek performanslı nikel-seryum oksit (Ni/CeO) ​​üretebileceğini gösterin₂) katalizörler büyük ölçekli üretim için uygun kalırken.

Araştırmacılar, katalizör bileşenlerini içeren bir çözeltinin yüksek sıcaklıktaki bir aleve püskürtüldüğü tek adımlı bir işlem olan alev destekli sprey pirolizi (FASP) adı verilen bir tekniğe odaklandı. Damlacıklar alevden geçerken, geleneksel yöntemlerde kullanılan çoklu hazırlama adımlarını gerektirmeden hızla katalizör parçacıkları oluştururlar.

Ekip, difüzyon alevli FASP sistemi kullanarak Ni/CeO sentezledi₂ katalizörlerini incelemiş ve bunları yaygın olarak kullanılan emdirme yöntemiyle üretilen katalizörlerle karşılaştırmıştır.

Alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu, X-ışını fotoelektron spektroskopisi ve X-ışını soğurma ince yapısı gibi ileri teknikler kullanılarak yapılan ayrıntılı yapısal analizler, alevle sentezlenen katalizörler için açık avantajlar ortaya çıkardı. Daha geniş bir yüzey alanı ve daha iyi nikel dağılımı sağlayan çok daha ince ve daha düzgün dağılmış nanopartiküllerden oluşuyorlardı.

Dahası, daha fazla oksijen boşluğuna, katalitik olarak daha aktif indirgenmiş nikel türlerine ve nikel ile seryum oksit arasında daha fazla temas noktasına sahiptiler ve bunların hepsi metanasyon reaksiyonunu yönlendirmeye yardımcı oldu.

FASP’den türetilen katalizör daha yüksek CO2 elde ettiğinden, bu yapısal iyileştirmeler doğrudan daha iyi katalitik performansa dönüştü₂ Test edilen sıcaklık aralığı boyunca dönüşüm oranları ve metan seçiciliği.

“300°C’de (572°F), alevle üretilen katalizörler 81,3 μmol/(g) metan üretim hızına ulaştı_kedi·s), bildirilen Ni/CeO arasında yüksek düzeyde performansı temsil eder₂Nispeten düşük nikel yüklemesine rağmen metanasyon katalizörleri kullanıyorlar” diyor Nagasawa.

Önerilen tek adımlı FASP sürecinin basitliği göz önüne alındığında ekip, bu yöntemin CO2’yi engelleyen üretim darboğazını çözmeye yardımcı olabileceğine inanıyor.₂ metanasyon.

“Basit üretimi mükemmel katalitik performansla birleştiren bu teknoloji, büyük ölçekli CO2’nin endüstriyel dağıtımını destekleme konusunda güçlü bir potansiyele sahip”₂ Gelecekteki karbon-nötr enerji sistemlerinde kullanım ve sentetik metan üretimi,” diye bitiriyor Nagasawa.

Yakın gelecekte bu tür ölçeklenebilir teknolojilerin, yakalanan karbonun değerli kaynaklara dönüştürülmesinde önemli bir rol oynayacağını umuyoruz.