Son y?llarda, küresel CO2 emisyonlar?ndaki y?ll?k art??, insanlar?n ya?ad??? ekolojik ?evre i?in ciddi bir tehdit olu?turuyor. (2018'de 410 ppm olmu?tur - Ulusal Okyanus ve Atmosfer ?daresi'nin Hawai Adalar? Mauna Loa Volkan?'n?n sera gaz? izleme istasyonundan al?nan veriler). Bu nedenle CO2'nin yakalanmas?, depolanmas? ve d?nü?türülmesi ara?t?rmac?lar?n büyük ilgisini ?ekmi?tir. Toyota Central Research, güne? ?????n? kullanarak faydal? maddeleri sentezlemek i?in hammadde olarak su ve karbondioksit kulland? ve enerji d?nü?üm verimlili?i dünyadaki en yüksek 4.6%'ye yükseldi. Almanya'daki BASF, karbon dioksiti ?ok ?e?itli uygulamalarla karbonat polimer malzemeye d?nü?türüyor. Bayer, poliüretan malzemelerin üretiminde ana hammadde olarak termik santrallerden ??kan baca gaz?ndaki karbondioksiti kullanabilmektedir. Karbonat üretimi i?in istikrarl? bir kataliz?r piyasas? var, ancak CO2 kullan?m? hala yeterli olmaktan uzak. Hidrokarbon yak?tlar?n d?nü?türülmesi, henüz uygulaman?n temel ara?t?rma a?amas?ndad?r. ?in'in 13. Be? Y?ll?k Plan? ve ?klim De?i?ikli?i üzerine ?in-ABD Ortak Bildirisi, “karbon azalt?m?n?” bir in?aat hedefi haline getirerek CO2 bazl? yak?tlar?n d?nü?ümünü te?vik ediyor. Ve bunu “13. Be? Y?ll?k” Ulusal Temel Ara?t?rma ?zel Plan?na dahil edin (Guo Ke Fa Ji [2017] No. 162). Uygun depolama, olgun teknoloji, geni? uygulama alanlar? ve büyük talep ile dü?ük maliyetli ve bol CO2 ve suyu bir hidrokarbon yak?ta d?nü?türmek i?in güne? enerjisinin kullan?m?, ye?il bir güne? kimyasal d?nü?üm teknolojisidir.

Bu ba?lamda, yurti?inde ve yurtd???nda CO2 azalt?m? alan?nda ?ok say?da ara?t?rma ?al??mas?na ra?men, katalitik hidrojen üretimi i?in yar? iletken kataliz?rler veya organik maddenin bozulmas?. Katalitik reaksiyonun veya ürünün se?icili?i düzenlenir (Adv. Mater. 2018, 30, 1704663). Ancak katalitik reaksiyonun ger?ekle?tirilmesi ve proses kontrolü yeterince olgunla?mam??t?r. ?o?u ara?t?rmac? taraf?ndan kullan?lan reaksiyon sistemleri, standart olmayan “yar? ?zel” ekipman ve analiz sistemleridir. Bu nedenle yazar, malzeme tasar?m?n?n ?nemli oldu?una ve uygun reaksiyon sistemi ve de?erlendirme y?nteminin daha ?nemli oldu?una inanmaktad?r. Reaksiyon sistemi, ???k, elektrik, ??zelti, s?cakl?k, bas?n? vb. gibi CO2 indirgeme reaksiyonu i?in gerekli olan ?evresel ko?ullar? ifade eder; alg?lama y?ntemi, ürünün durumuna (gaz veya s?v?, se?icilik, konsantrasyon gibi) ve karbon d?nü?üm verimlili?ine, foton verimlili?ine at?fta bulunur.

Fotokataliz, fotoelektrokataliz, fototermal kataliz ve termal kataliz gibi birka? uygulanabilir katalitik CO2 indirgeme stratejisi aras?nda, her birinin kendi yararlar? vard?r. CO2'yi fotokimyasal olarak azaltma ve onu insanlar i?in faydal? olan hidrokarbon yak?tlara d?nü?türme teknikleri ?zellikle ?ekicidir. Normal s?cakl?k ve bas?n?ta ger?ekle?tirilebildi?inden, belirli s?cakl?k ve bas?n?larda da sinerjik etkiler meydana gelebilir. Gereken enerji, güne? enerjisi gibi yenilenebilir enerji ile do?rudan veya dolayl? olarak sa?lanabilir ve karbon geri d?nü?türülebilir.

?ekil 1 Parti ve Ak?? ?eklinde katalitik reakt?r (Chem. Asian J. 2016, 11, 425 – 436)

Reakt?rü in?a etmenin iki yolu vard?r (?ekil 2'de g?sterildi?i gibi). Biri, CO2, H2 veya H2O gibi bir reaksiyon hammaddesinin, bir kataliz?rün veya bir yard?mc? kataliz?rün bir reakt?re yerle?tirildi?i ve kataliz?re ???k, elektrik, ?s? veya benzeri enjekte edilerek bir reaksiyonun ger?ekle?tirildi?i sabit hacimli bir reakt?rdür. . ?kincisi, bir besleme gaz?n?n reakt?re belirli bir oranda verildi?i ve belirli bir reaksiyon periyodundan sonra reakt?rden d??ar? akt??? bir i?lem olan Ak?? Y?ntemidir. ?al??ma, reakt?r malzemesinin genellikle politetrafloroetilen, kuvars cam?, paslanmaz ?elik olarak b?lündü?ünü buldu. PTFE, yüksek mukavemet, korozyon direnci ve iyi s?zd?rmazl?k avantajlar?na sahiptir, ancak genellikle 250 derece gibi dü?ük bir s?cakl?k s?n?r?na sahiptir. Kuvars reakt?r, s?cakl?k direnci ve korozyon direnci avantajlar?na sahiptir, ancak k?r?lgand?r ve dü?ük bas?n? dayan?m?na sahiptir. Metal paslanmaz ?elik reakt?r, bas?n? direnci ve kolay i?leme avantajlar?na sahiptir, ancak reaktanlarla reaksiyona girmesi kolayd?r. ?htiya?lar?n?z i?in do?ru reakt?rü se?ebilirsiniz. Ayn? zamanda, gaz veya ürünü zaman?nda vermek veya ??karmak i?in, hammadde enjeksiyonunu kolayla?t?rmak i?in reakt?r tasar?m?nda birka? delik a??lmal?d?r.

Ek olarak, daha yayg?n reaksiyon bi?imleri kat?-s?v? reaksiyonlar?d?r: reakt?rde ham madde olarak doymu? bir CO2 gaz? ??zeltisi kullan?l?r veya bir elektrokatalitik indirgeme reakt?rüne bir elektrolit enjekte edilir (?ekil 2). Karbondioksit elektro-indirgemesinin i?sel reaksiyon mekanizmas?, kat?-s?v? faz ü?-faz s?n?rlar?n?n karma??k bir yolunu i?erir. Bu nedenle, kataliz?r geometrisinin rasyonel tasar?m?, arayüzde proton ve elektron transferini te?vik etmek i?in mümkün oldu?unca ?ok say?da reaktif b?lgeye izin verir.

?ekil 2 Kat?-gaz ve kat?-s?v? reaksiyonunun ?ematik diyagram? (Chem. Commun., 2016, 52, 35–59)

?ekil 3 Fotoelektrokatalitik CO2 indirgeme reakt?rünün ?ematik diyagram? (J. Photon. Energy. 2017, 7(1), 012005)

Kataliz?rün reakt?rde i?lenmesi, malzemenin morfolojisine ba?l? olarak farkl?d?r. ?rne?in, toz malzeme kuvars cam?n yüzeyine serilebilir; film malzemesi, katlama, delme, vb. ile reakt?re yerle?tirilebilir; d?kme malzeme (g?zenekli seramik), CO2 Geri Yüklemesini ger?ekle?tirmek i?in gaz ak??? yoluyla gaz ve kataliz?r aras?ndaki temas oran?n? art?rabilir.

I??k kayna?? se?imi: Katalitik reaksiyon kayna??n?n se?imi de ?ok ?nemlidir. Ara?t?rmac?lar?n etkin optik gü? yo?unlu?u sorununa dikkat etmeleri faydal? olacakt?r. Bu nedenle, sat?n al?nan ksenon lamba gibi ???k kayna?? genellikle birka? güne? ????? yo?unlu?undan daha fazla bir fabrika gücüne sahiptir (bir güne? 1 kW/m2'ye e?ittir). Bu nedenle, bir ?s?tma filtresi taraf?ndan düzenlenebilir. Reaksiyonu tasarlamadan ?nce, ger?ek de?eri test etmek i?in optik gü? ?l?er kullan?lmal?d?r. Kullan?lan ???k kayna??n?n yo?unlu?u.

ürün De?erlendirmesi: Katalitik ürünün de?erlendirilmesi, tüm sistemin son ve en ?nemli k?sm?d?r. Al?nan ürünler genellikle ?evrimd??? (genellikle “i?ne tipi” olarak bilinir) ve ?evrimi?i alg?lama (?evrimi?i) olarak s?n?fland?r?l?r. Katalitik ürünün do?as?na ba?l? olarak, alg?lama ekipman?nda genellikle gaz kromatografisi, kütle spektrometrisi ve s?v? kromatografisi bulunur. Prof. Ye jinhua, Ozin, Zou zhigang, Yang peidong, Li can, Xie yi, Wu lizhu ve Wang xinchen gibi profes?rler yayg?n olarak kullan?lmaktad?r.

Bu makale, son ?al??malarda kullan?lan en yayg?n cihaz olan gaz kromatografisine odaklanmaktad?r. ?ekirdek bile?enler tipik olarak dedekt?rler, kolonlar, metan d?nü?türücüler, alt? yollu vanalar ve d?ngüleri i?erir. Dedekt?r genellikle iki tip (hidrojen alev dedekt?rü) FID ve (termal havuz dedekt?rü) TCD kullan?r. FID, karbon i?eren organik maddeleri yüksek hassasiyetle tespit edebilirken, TCD hidrojen, karbon monoksit, karbon dioksit vb. dahil tüm bile?ikleri bir hassasiyet a??s?yla (~1000 ppm) tespit edebilir. Bu nedenle, ?o?u ara?t?rmac? FID dedekt?rünü kurmay? se?er ve reaksiyon sürecindeki art?k CO2 veya CO, nikel kataliz?rlü bir d?nü?türme f?r?n? taraf?ndan tespit edilebilir. Daha da ?nemlisi, ürün buharla?t?ktan sonra ta??y?c? gaz ak???nda kullan?lan kolonlar?n da farkl? olmas? alg?lama hassasiyetini etkiler. ?rne?in, FID detekt?rü genellikle bir k?lcal kolon kullan?r ve TCD detekt?rü bir TDX01 kolonu kullan?r. A?a??da g?sterilen kromatogram tasar?m?nda g?sterildi?i gibi, yurti?i ve yurtd???ndaki bir?ok üretici Agilent, Tianmei, Yanuo, Fuli ve benzeri gibi ?zelle?tirilmi? ürünler sa?layabilir. Tabii ki, CO2 indirgeme ürünleri ?ok karma??k oldu?undan, H2 ve CO gibi kü?ük moleküllerin yan? s?ra C1, CH3OH, formik asit ve C1 ve C2 gibi etanol gibi organik moleküller de vard?r. Tek kolonlu dedekt?r bir kerede tamamen tespit edilemez ve TCD ve TCD gereklidir. FID birle?tirilir ve farkl? sütun türleri birlikte kullan?l?r.

CO2'nin hidrokarbonlara katalitik indirgenmesi, enerji ve ?evre sorunlar?n? azaltman?n ye?il bir yolu haline geldi. Uzun y?llara dayanan ara?t?rmalara dayanarak, Xiaobian, katalitik reaksiyon sistemleri ve ürün de?erlendirmesi hakk?nda ?nemli bilgileri derledi ve ayn? alandaki ara?t?rmac?lara yüksek verimli kataliz?rlerin tasar?m? i?in iyi bir platform sa?lama konusunda yard?mc? olmay? umuyor.