Ang isang bagong pamamaraan ng pagbubuo ng hydrocarbon ay maaaring mabawasan ang emissions ng CO2 at mabawasan ang gastos ng paggawa ng kemikal

Paglalarawan ng isang bagong proseso ng temperatura sa silid upang alisin ang carbon dioxide (CO2) sa pamamagitan ng pag-convert ng isang molekula sa carbon monoxide (CO). Sa halip na gumamit ng init, ang pamamaraang nanoscale ay umaasa sa enerhiya mula sa ibabaw na plasmon (lila na kulay), na nasasabik kapag ang isang electron beam (patayong sinag) ay tumama sa mga nanoparticle ng aluminyo batay sa grapayt, isang mala-kristal na anyo ng carbon. Sa pagkakaroon ng grapayt, sinusuportahan ng enerhiya na nagmula sa plasmon, ang mga carbon dioxide Molekyul (itim na tuldok na nakatali sa dalawang pulang tuldok) ay ginawang carbon monoxide (itim na tuldok na nakatali sa isang pulang tuldok. Ang butas sa ilalim ng lila na globo ay kumakatawan sa grapayt na nakaukit sa reaksyon ng kemikal na CO2 + C = Pagkilala sa 2CO: NIST

Ang pagbabago ng CO2 sa CO sa temperatura ng kuwarto

Ang bagong pamamaraan ay maaaring bawasan ang mga emissions ng carbon dioxide sa atmospera at mabawasan ang gastos ng paggawa ng kemikal.

Ang mga mananaliksik sa National Institute of Standards and Technology (NIST) at kanilang mga kasamahan ay nagpakita ng isang paraan ng temperatura sa silid na maaaring makabuluhang mabawasan ang mga emisyon ng carbon dioxide mula sa mga planta ng fossil fuel power, isa sa mga pangunahing mapagkukunan ng emissions ng carbon sa kapaligiran.

Bagaman ipinakita ng mga siyentista ang pamamaraang ito sa isang maliit na sukat, lubos na kinokontrol na kapaligiran na may mga sukat ng mga nanometro lamang (bilyonbilyong metro), nakagawa na sila ng mga konsepto kung paano pahabain ang pamamaraang ito at gawing praktikal ito para sa mga application na totoong mundo.

Bilang karagdagan sa pag-aalok ng isang potensyal na bagong paraan upang mapagaan ang mga epekto ng pagbabago ng klima, ang proseso ng kemikal na ginamit ng mga siyentista ay maaari ring mabawasan ang mga gastos at kinakailangan sa enerhiya para sa paggawa ng mga likidong hydrocarbon at iba pang mga kemikal na ginagamit sa industriya. Ito ay dahil ang mga by-product ng pamamaraang ito ay nagsasama ng mga bloke ng gusali para sa pagbubuo ng methane, ethanol at iba pang mga carbon-based compound na ginamit sa pagproseso ng industriya.

Gumamit ang koponan ng isang bagong mapagkukunan ng enerhiya mula sa nanoworld upang magpalitaw ng isang patuloy na reaksyong kemikal na tinatanggal ang carbon dioxide. Sa reaksyong ito, ang solidong carbon ay nakulong sa isa sa mga atomo ng oxygen sa carbon dioxide gas at nabawasan sa carbon monoxide. Karaniwang nangangailangan ang conversion ng isang malaking halaga ng enerhiya sa anyo ng mataas na init – isang temperatura na hindi bababa sa 700 degree Celsius, sapat na mainit upang matunaw ang aluminyo sa normal na presyon ng atmospera.

Sa halip na init, ang koponan ay umasa sa enerhiya na nakuha mula sa paglipat ng mga alon ng mga electron, na kilala bilang naisalokal na mga plasmon sa ibabaw (LSPs), na nag-surf sa indibidwal na mga nanoparticle ng aluminyo. Ang koponan ay nagpalitaw ng mga oscillation ng LSP sa pamamagitan ng kapanapanabik na mga nanoparticle na may isang electron beam na may isang naaayos na diameter. Ang isang makitid na sinag tungkol sa isang nanometer na may diameter ay binomba ang indibidwal na mga nanoparticle ng aluminyo, habang ang isang sinag na halos isang libong beses na mas malawak ang nakabuo ng mga LSP sa gitna ng isang malaking hanay ng mga nanoparticle.

Sa eksperimento ng koponan, ang mga nanoparticle ng aluminyo ay idineposito sa isang layer ng grapayt, isang uri ng carbon. Pinayagan nito ang mga nanoparticle na ilipat ang enerhiya ng LSP sa grapayt. Sa pagkakaroon ng carbon dioxide gas, na na-injected ng koponan sa system, ginamit ang grapayt upang paghiwalayin ang mga indibidwal na atomo ng oxygen mula sa carbon dioxide at bawasan ito sa carbon monoxide. Ang mga nanoparticle ng aluminyo ay pinananatili sa temperatura ng kuwarto. Sa ganitong paraan, nakamit ng koponan ang malaking tagumpay: pag-aalis ng carbon dioxide nang hindi nangangailangan ng isang mapagkukunan ng mataas na init.

Ang mga nakaraang pamamaraan ng pagtanggal ng carbon dioxide ay may limitadong tagumpay sapagkat ang mga diskarteng ito ay nangangailangan ng mataas na temperatura o presyon, gumamit ng mamahaling mamahaling mga riles, o may mababang kahusayan. Sa kaibahan, ang pamamaraan ng LSP ay hindi lamang nakakatipid ng enerhiya, ngunit gumagamit din ng aluminyo, isang murang at masaganang metal.

Bagaman ang reaksyon ng LSP ay lumilikha ng isang nakalalasong gas – carbon monoxide – ang gas ay madaling pagsamahin sa hydrogen upang mabuo ang pangunahing mga hydrocarbon compound tulad ng methane at ethanol, na madalas gamitin sa industriya, sinabi ng mananaliksik ng NIST na si Renu Sharma.

Siya at ang kanyang mga kasamahan, kabilang ang mga mananaliksik mula sa University of Maryland sa College Park at DENSsolutions sa Delft, Netherlands, ay nagpakita ng kanilang mga natuklasan sa Mga likas na materyales.

“Sa kauna-unahang pagkakataon, ipinakita namin na ang reaksyong ito sa carbon dioxide, na kung hindi man mangyayari sa 700 ° C o mas mataas pa, ay maaaring ma-trigger ng LSP sa temperatura ng kuwarto,” sabi ng mananaliksik na si Canhui Wang ng NIST at ng University of Maryland.

Pumili ang mga mananaliksik ng isang electron beam upang ma-excite ang LSP, dahil ang beam ay maaari ring magamit upang imahen ang mga istraktura ng system sa pagkakasunud-sunod ng ilang bilyong bilyong metro. Pinayagan nitong matantiya ng koponan kung magkano ang tinanggal na carbon dioxide. Pinag-aralan nila ang sistema gamit ang isang transmission electron microscope (TEM).

Sapagkat kapwa ang konsentrasyon ng carbon dioxide at ang dami ng reaksyon ng eksperimento ay napakaliit, ang koponan ay kailangang gumawa ng mga espesyal na hakbang upang direktang masukat ang dami ng nabuong carbon monoxide. Ginawa nila ito sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng isang espesyal na idinisenyo na may hawak ng TEM gas cell na may gas chromatograph mass spectrometer, na pinapayagan ang koponan na masukat ang mga konsentrasyon ng carbon dioxide sa seksyon.

Si Sharma at ang kanyang mga kasamahan ay gumamit din ng mga imahe ng electron beam upang sukatin ang dami ng grapayt na naukit sa panahon ng eksperimento, na isang tagapagpahiwatig kung gaano karaming carbon dioxide ang tinanggal. Nalaman nila na ang ratio ng carbon monoxide sa carbon dioxide na sinusukat sa labasan ng may hawak ng cell gas ay tataas nang linear sa dami ng carbon na tinanggal ng pag-ukit.

Kinumpirma din ng imaging ng electron beam na ang karamihan sa carbon etching – isang kapalit ng pagbawas ng carbon dioxide – ay naganap malapit sa mga nanoparticle ng aluminyo. Ang karagdagang mga pag-aaral ay nagsiwalat na kapag ang mga aluminyo nanoparticle ay nawawala sa eksperimento, halos ikapitong bahagi lamang ng carbon ang nakaukit.

Limitado ng laki ng electron beam, ang pang-eksperimentong sistema ng koponan ay maliit, mga 15 hanggang 20 nanometers lamang ang lapad (ang laki ng isang maliit na virus).

Upang palakihin ang system upang maalis nito ang carbon dioxide mula sa tambutso ng isang komersyal na planta ng kuryente, ang isang light beam ay maaaring isang mas mahusay na pagpipilian kaysa sa isang electron beam para sa paggulo ng LSP, sinabi ni Wang. Iminungkahi ni Sharma na ang isang transparent na takip na naglalaman ng maluwag na naka-pack na carbon at aluminyo na mga nanoparticle ay maaaring mailagay sa tsimenea ng planta ng kuryente. Ang isang serye ng mga insidente ng light ray sa grid ay magpapagana ng LSP. Habang dumadaan ang tambutso sa aparato, ang ilaw na naaktibo ng LSP sa mga nanoparticle ay magbibigay ng enerhiya upang maalis ang carbon dioxide.

Ang mga nanoparticle ng aluminyo, na magagamit sa komersyo, ay dapat na pantay na ibinahagi upang ma-maximize ang pakikipag-ugnay sa mapagkukunan ng carbon at papasok na carbon dioxide, nabanggit ng koponan.

Iminumungkahi din ng bagong trabaho na ang LSP ay nag-aalok ng isang paraan upang pumatay ng iba pang mga reaksyong kemikal na nangangailangan ngayon ng isang malaking pagbubuhos ng enerhiya upang magpatuloy sa normal na temperatura at mga presyon gamit ang mga plasmonic nanoparticle.

“Ang pagbawas ng carbon dioxide ay isang malaking problema, ngunit ito ay magiging isang mas malaking solusyon na makatipid ng isang malaking halaga ng enerhiya kung maaari nating simulan ang pagsasagawa ng maraming mga reaksyong kemikal sa temperatura ng kuwarto na nangangailangan ng pag-init,” sabi ni Sharma.

Sanggunian: “Reaksyon ng endothermic sa temperatura ng silid na pinagana ng malalim na mga ultraviolet plasmon”, ni Canhui Wang, Wei-Chang D. Yang, David Raciti, Alina Bruma, Ronald Marx, Amit Agrawal at Renu Sharma, 2 Nobyembre 2020, Mga likas na materyales.
DOI: 10.1038 / s41563-020-00851-x

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang pinagmulan ng sunscreen na itim na mga butas at ang kaugnayan nito sa madilim na bagay

Ano ang pinagmulan ng mga itim na butas at paano nauugnay ang katanungang iyon sa isa pang misteryo, ano ang bagay ng kadiliman? ...

Ang mga pulso ng laser ay kumikilos bilang isang tool sa pagpoproseso ng grade pang-industriya

Ang isang plato ng silicon dioxide 350 μm makapal na may mataas na kalidad na mga slits ng baso na may diameter na 0.25...

Paano napupunta ang mga plastik na labi sa mga basura ng karagatan

Hinulaan ang mga alon ng posibilidad ng reaksyon sa mga labi (pulang kahon) ng mga labi ng dagat. Ang mga itim na kahon...

Makabagong at hindi mapanirang diskarte para sa pagtatasa ng materyal na ibinalik mula sa Mars

Isang imahe ng pamamahagi ng ilang mga elemento mula sa isa sa mga meteorite na sinuri ng pangkat. Kredito: IBeA / UPV /...

Ang mga paruparo ng dagat ay nakikipaglaban na sa proseso ng pagpapatatag ng South Sea

Ang isang kumbinasyon ng mga butterflies sa dagat "Balik sa Limacina”Kinuha sa panahon ng paglalayag sa dagat ng AMT27. Kredito: Lisette Mekkes &...

Newsletter

Subscribe to stay updated.