{"id":1797,"date":"2019-05-22T02:47:44","date_gmt":"2019-05-22T02:47:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.meetyoucarbide.com\/single-post-catalytic-reaction-system-and-product-evaluation-to-improve-the-efficiency-of-artificial-photosynthesis\/"},"modified":"2020-05-04T13:12:06","modified_gmt":"2020-05-04T13:12:06","slug":"catalytic-reaction-system-and-product-evaluation-to-improve-the-efficiency-of-artificial-photosynthesis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/sistema-de-reaccion-catalitica-y-evaluacion-del-producto-para-mejorar-la-eficiencia-de-la-fotosintesis-artificial\/","title":{"rendered":"Sistema de reacci\u00f3n catal\u00edtica y evaluaci\u00f3n del producto para mejorar la eficiencia de la fotos\u00edntesis artificial."},"content":{"rendered":"
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Antecedentes:<\/h2>\n
En los \u00faltimos a\u00f1os, el aumento anual de las emisiones mundiales de CO2 ha sido una grave amenaza para el entorno ecol\u00f3gico en el que viven las personas. (Ha habido 410 ppm en 2018: datos de la estaci\u00f3n de monitoreo de gases de efecto invernadero del Volc\u00e1n Mauna Loa de la Administraci\u00f3n Nacional Oce\u00e1nica y Atmosf\u00e9rica de las Islas Hawaianas). Por lo tanto, la captura, almacenamiento y conversi\u00f3n de CO2 ha recibido una gran atenci\u00f3n por parte de los investigadores. Toyota Central Research ha utilizado agua y di\u00f3xido de carbono como materia prima para sintetizar sustancias \u00fatiles utilizando la luz solar, y la eficiencia de conversi\u00f3n de energ\u00eda ha aumentado a los 4.6% m\u00e1s altos del mundo. BASF en Alemania convierte el di\u00f3xido de carbono en un material de pol\u00edmero de carbonato con una amplia gama de aplicaciones. Bayer puede usar di\u00f3xido de carbono en los gases de combusti\u00f3n de las centrales t\u00e9rmicas como la principal materia prima para la producci\u00f3n de materiales de poliuretano. Existe un mercado estable de catalizadores para la producci\u00f3n de carbonatos, pero la utilizaci\u00f3n de CO2 a\u00fan est\u00e1 lejos de ser suficiente. La conversi\u00f3n de combustibles de hidrocarburos a\u00fan se encuentra en la etapa de investigaci\u00f3n b\u00e1sica de aplicaci\u00f3n. El decimotercer plan quinquenal de China y la Declaraci\u00f3n conjunta chino-estadounidense sobre cambio clim\u00e1tico han convertido la "reducci\u00f3n de carbono" en un objetivo de construcci\u00f3n, alentando la conversi\u00f3n de combustibles a base de CO2. E incl\u00fayalo en el "Plan nacional de investigaci\u00f3n b\u00e1sica nacional" 13\u00ba quinquenal "(Guo Ke Fa Ji [2017] No. 162). El uso de energ\u00eda solar para convertir CO2 y agua abundantes y de bajo costo en un combustible de hidrocarburos con almacenamiento conveniente, tecnolog\u00eda madura, amplios campos de aplicaci\u00f3n y gran demanda es una tecnolog\u00eda de conversi\u00f3n qu\u00edmica solar verde.<\/div>\n

Construcci\u00f3n del sistema de reconstrucci\u00f3n:<\/h2>\n
En este contexto, aunque ha habido mucho trabajo de investigaci\u00f3n en el campo de la reducci\u00f3n de CO2 en el hogar y en el extranjero, mucho trabajo ha logrado la conversi\u00f3n de CO2 desde la perspectiva del dise\u00f1o de materiales, como catalizadores de semiconductores para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno catal\u00edtico o degradaci\u00f3n de la materia org\u00e1nica. La selectividad de la reacci\u00f3n catal\u00edtica o producto est\u00e1 regulada (Adv. Mater. 2018, 30, 1704663). Sin embargo, la realizaci\u00f3n de la reacci\u00f3n catal\u00edtica y el control del proceso no son lo suficientemente maduros. Los sistemas de reacci\u00f3n utilizados por la mayor\u00eda de los investigadores son equipos y sistemas de an\u00e1lisis no est\u00e1ndar "semi-personalizados". Por lo tanto, el autor cree que el dise\u00f1o del material es importante, y el sistema de reacci\u00f3n apropiado y el m\u00e9todo de evaluaci\u00f3n son m\u00e1s importantes. El sistema de reacci\u00f3n se refiere a las condiciones ambientales requeridas para la reacci\u00f3n de reducci\u00f3n de CO2, tales como luz, electricidad, soluci\u00f3n, temperatura, presi\u00f3n, etc .; El m\u00e9todo de detecci\u00f3n se refiere al estado del producto (como gas o l\u00edquido, selectividad, concentraci\u00f3n) y eficiencia de conversi\u00f3n de carbono, eficiencia de fotones. Espere.<\/div>\n
Entre varias estrategias factibles de reducci\u00f3n catal\u00edtica de CO2, como la fotocat\u00e1lisis, la fotoelectrocat\u00e1lisis, la cat\u00e1lisis fotot\u00e9rmica y la cat\u00e1lisis t\u00e9rmica, cada una tiene sus propios m\u00e9ritos. Las t\u00e9cnicas para reducir fotoqu\u00edmicamente el CO2 y convertirlo en combustibles de hidrocarburos que son beneficiosos para los humanos son particularmente atractivas. Debido a que puede llevarse a cabo a temperatura y presi\u00f3n normales, los efectos sin\u00e9rgicos tambi\u00e9n pueden ocurrir a temperaturas y presiones espec\u00edficas. La energ\u00eda requerida puede ser proporcionada directa o indirectamente por energ\u00eda renovable como la energ\u00eda solar, y el carbono puede ser reciclado.<\/div>\n

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Figura 1 Reactor catal\u00edtico en forma de Batch and Flow (Chem. Asian J. 2016, 11, 425 - 436)<\/div>\n
Hay dos formas de construir el reactor (como se muestra en la Figura 2). Uno es un reactor de volumen fijo en el que se coloca una materia prima de reacci\u00f3n como CO2, H2 o H2O, un catalizador o un cocatalizador en un reactor, y una reacci\u00f3n se lleva a cabo inyectando luz, electricidad, calor o similares en el catalizador . El segundo es un M\u00e9todo de flujo, que es un proceso en el que se introduce un gas de alimentaci\u00f3n en el reactor a una velocidad determinada y, despu\u00e9s de un cierto per\u00edodo de reacci\u00f3n, fluye fuera del reactor. El estudio encontr\u00f3 que el material del reactor generalmente se divide en politetrafluoroetileno, vidrio de cuarzo, acero inoxidable. El PTFE tiene las ventajas de alta resistencia, resistencia a la corrosi\u00f3n y buen sellado, pero tiene un l\u00edmite de temperatura baja, generalmente 250 grados. El reactor de cuarzo tiene las ventajas de resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosi\u00f3n, pero es fr\u00e1gil y tiene baja resistencia a la compresi\u00f3n. El reactor de acero inoxidable met\u00e1lico tiene las ventajas de resistencia a la presi\u00f3n y f\u00e1cil procesamiento, pero es f\u00e1cil de reaccionar con los reactivos. Puede elegir el reactor adecuado para sus necesidades. Al mismo tiempo, para introducir o extraer gas o producto a tiempo, se deben abrir algunos agujeros en el dise\u00f1o del reactor para facilitar la inyecci\u00f3n de materias primas.<\/div>\n
Adem\u00e1s, las formas de reacci\u00f3n m\u00e1s comunes son las reacciones s\u00f3lido-l\u00edquido: en el reactor, se usa una soluci\u00f3n saturada de gas CO2 como materia prima, o se inyecta un electrolito en un reactor de reducci\u00f3n electrocatal\u00edtico (Fig. 2). El mecanismo de reacci\u00f3n intr\u00ednseca de la electrorreducci\u00f3n de di\u00f3xido de carbono implica una ruta compleja de l\u00edmites trif\u00e1sicos de fase s\u00f3lido-l\u00edquido. Por lo tanto, el dise\u00f1o racional de la geometr\u00eda del catalizador permite tantos sitios reactivos como sea posible para promover la transferencia de protones y electrones en la interfaz.<\/div>\n

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Figura 2 Diagrama esquem\u00e1tico de reacci\u00f3n de gas s\u00f3lido y l\u00edquido s\u00f3lido (Chem. Commun., 2016, 52, 35\u201359)<\/div>\n

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Figura 3 Diagrama esquem\u00e1tico del reactor de reducci\u00f3n de CO2 fotoelectrocatal\u00edtico (J. Photon. Energy. 2017, 7 (1), 012005)<\/div>\n

Manejo de materiales:<\/h2>\n
El tratamiento del catalizador en el reactor es diferente dependiendo de la morfolog\u00eda del material. Por ejemplo, el material en polvo se puede colocar sobre la superficie del vidrio de cuarzo; el material de la pel\u00edcula se puede colocar en el reactor plegando, perforando, etc .; El material a granel (cer\u00e1mica porosa) puede aumentar la velocidad de contacto entre el gas y el catalizador por el flujo de gas a trav\u00e9s de la restauraci\u00f3n de CO2.<\/div>\n
Selecci\u00f3n de la fuente de luz: la elecci\u00f3n de la fuente de reacci\u00f3n catal\u00edtica tambi\u00e9n es muy importante. Vale la pena que los investigadores presten atenci\u00f3n al problema de la densidad de potencia \u00f3ptica efectiva. Por lo tanto, la fuente de luz comprada, como la l\u00e1mpara de xen\u00f3n, generalmente tiene una potencia de f\u00e1brica de m\u00e1s de una intensidad de luz solar (un sol es equivalente a 1 kW \/ m2). Por lo tanto, se puede regular mediante un filtro de calentamiento. Antes de dise\u00f1ar la reacci\u00f3n, se debe usar el medidor de potencia \u00f3ptica para probar el valor real. La intensidad de la fuente de luz utilizada.<\/div>\n
Evaluaci\u00f3n del producto: La evaluaci\u00f3n del producto catal\u00edtico es la \u00faltima y m\u00e1s importante parte del sistema general. Los productos tomados generalmente se clasifican en fuera de l\u00ednea (com\u00fanmente conocido como "tipo de aguja") y detecci\u00f3n en l\u00ednea (en l\u00ednea). Dependiendo de la naturaleza del producto catal\u00edtico, el equipo de detecci\u00f3n generalmente tiene cromatograf\u00eda de gases, espectrometr\u00eda de masas y cromatograf\u00eda l\u00edquida. Profesores como el profesor Ye jinhua, Ozin, Zou zhigang, Yang peidong, Li can, Xie yi, Wu lizhu y Wang xinchen son ampliamente utilizados.<\/div>\n
Este art\u00edculo se centra en la cromatograf\u00eda de gases, el dispositivo m\u00e1s com\u00fan utilizado en estudios recientes. Los componentes principales suelen incluir detectores, columnas, reformadores de metano, v\u00e1lvulas de seis v\u00edas y bucles. El detector generalmente usa dos tipos (detector de llama de hidr\u00f3geno) FID y (detector de piscina t\u00e9rmica) TCD. FID puede detectar materia org\u00e1nica que contiene carbono con alta sensibilidad, mientras que TCD puede detectar todos los compuestos, incluidos hidr\u00f3geno, mon\u00f3xido de carbono, di\u00f3xido de carbono, etc., pero con un \u00e1ngulo de sensibilidad (~ 1000 ppm). Por lo tanto, la mayor\u00eda de los investigadores optan por instalar el detector FID, y el CO2 o CO residual en el proceso de reacci\u00f3n puede detectarse mediante un horno de conversi\u00f3n con un catalizador de n\u00edquel. M\u00e1s importante a\u00fan, despu\u00e9s de que el producto se vaporiza, las columnas utilizadas en el flujo de gas portador tambi\u00e9n son diferentes, lo que afecta la sensibilidad de detecci\u00f3n. Por ejemplo, el detector FID generalmente usa una columna capilar, y el detector TCD usa una columna TDX01. Como se muestra en el dise\u00f1o del cromatograma que se muestra a continuaci\u00f3n, muchos fabricantes en el pa\u00eds y en el extranjero pueden proporcionar productos personalizados, como Agilent, Tianmei, Yanuo, Fuli, etc. Por supuesto, debido a que los productos de reducci\u00f3n de CO2 son muy complicados, existen mol\u00e9culas peque\u00f1as como H2 y CO, as\u00ed como mol\u00e9culas org\u00e1nicas como C1, CH3OH, \u00e1cido f\u00f3rmico y etanol, como C1 y C2. El detector de columna \u00fanica no se puede detectar por completo al mismo tiempo, y se requieren TCD y TCD. El FID se combina y los diferentes tipos de columnas se usan juntos.<\/div>\n

Contaminaci\u00f3n por carbono:<\/h2>\n

Un tema clave que requiere atenci\u00f3n especial en la investigaci\u00f3n de reducci\u00f3n de CO2 es la contaminaci\u00f3n por carbono. Los estudios han demostrado que los solventes org\u00e1nicos que incluyen solventes, reactivos y surfactantes usados en la preparaci\u00f3n del catalizador pueden dejar residuos carbonosos en el producto final y descomponerse en peque\u00f1as mol\u00e9culas como CO y CH4 durante la reacci\u00f3n catal\u00edtica, lo que resulta en actividad catal\u00edtica. Sobrevalorado Por lo tanto, es necesario confirmar que el producto medido proviene de la descomposici\u00f3n del CO2 en lugar de la descomposici\u00f3n del residuo carbonoso. El etiquetado de is\u00f3topos 13CO2 es una t\u00e9cnica eficaz para verificar la fuente de los productos reductores y se ha utilizado ampliamente en muchos estudios.<\/p>\n

Conclusi\u00f3n:<\/h2>\n
La reducci\u00f3n catal\u00edtica de CO2 a hidrocarburos se ha convertido en un medio ecol\u00f3gico para mitigar los problemas energ\u00e9ticos y ambientales. Basado en muchos a\u00f1os de investigaci\u00f3n, Xiaobian ha recopilado un conocimiento importante de los sistemas de reacci\u00f3n catal\u00edtica y la evaluaci\u00f3n de productos, y espera ayudar a los investigadores en el mismo campo a proporcionar una buena plataforma para el dise\u00f1o de catalizadores de alta eficiencia.<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Background: In recent years, the annual increase in global CO2 emissions has been a serious threat to the ecological environment in which people live. (There has been 410 ppm in 2018 \u2013 data from the National Oceanic and Atmospheric Administration’s Hawaiian Islands Mauna Loa Volcano’s greenhouse gas monitoring station). Therefore, the capture, storage and conversion…<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[79],"tags":[],"class_list":["post-1797","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-materials-weekly"],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1797","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1797"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1797\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1797"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1797"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1797"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}