{"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\/pt\/sistema-de-reacao-catalitica-e-avaliacao-de-produto-para-melhorar-a-eficiencia-da-fotossintese-artificial\/","title":{"rendered":"Sistema de rea\u00e7\u00e3o catal\u00edtica e avalia\u00e7\u00e3o do produto para melhorar a efici\u00eancia da fotoss\u00edntese artificial"},"content":{"rendered":"
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Fundo:<\/h2>\n
Nos \u00faltimos anos, o aumento anual das emiss\u00f5es globais de CO2 tem sido uma s\u00e9ria amea\u00e7a ao ambiente ecol\u00f3gico em que as pessoas vivem. (Houve 410 ppm em 2018 \u2013 dados da esta\u00e7\u00e3o de monitoramento de gases de efeito estufa do Vulc\u00e3o Mauna Loa, nas Ilhas Havaianas da Administra\u00e7\u00e3o Nacional Oce\u00e2nica e Atmosf\u00e9rica). Portanto, a captura, armazenamento e convers\u00e3o de CO2 tem recebido grande aten\u00e7\u00e3o dos pesquisadores. A Toyota Central Research usou \u00e1gua e di\u00f3xido de carbono como mat\u00e9rias-primas para sintetizar subst\u00e2ncias \u00fateis usando a luz solar, e a efici\u00eancia de convers\u00e3o de energia aumentou para os 4,6% mais altos do mundo. A BASF na Alemanha converte o di\u00f3xido de carbono em um material polim\u00e9rico de carbonato com uma ampla gama de aplica\u00e7\u00f5es. A Bayer pode usar di\u00f3xido de carbono em gases de combust\u00e3o de usinas termel\u00e9tricas como principal mat\u00e9ria-prima para a produ\u00e7\u00e3o de materiais de poliuretano. Existe um mercado de catalisadores est\u00e1vel para a produ\u00e7\u00e3o de carbonatos, mas a utiliza\u00e7\u00e3o de CO2 ainda est\u00e1 longe de ser suficiente. A convers\u00e3o de combust\u00edveis de hidrocarbonetos ainda est\u00e1 em fase de pesquisa b\u00e1sica de aplica\u00e7\u00e3o. O 13\u00ba Plano Quinquenal da China e a Declara\u00e7\u00e3o Conjunta Sino-Americana sobre Mudan\u00e7as Clim\u00e1ticas fizeram da \u201credu\u00e7\u00e3o de carbono\u201d uma meta de constru\u00e7\u00e3o, incentivando a convers\u00e3o de combust\u00edveis \u00e0 base de CO2. E inclu\u00ed-lo no Plano Especial Nacional de Pesquisa B\u00e1sica \u201c13\u00ba Quinquenal\u201d (Guo Ke Fa Ji [2017] No. 162). O uso da energia solar para converter CO2 e \u00e1gua de baixo custo e abundante em um combust\u00edvel de hidrocarboneto com armazenamento conveniente, tecnologia madura, amplos campos de aplica\u00e7\u00e3o e enorme demanda \u00e9 uma tecnologia de convers\u00e3o qu\u00edmica solar verde.<\/div>\n

Constru\u00e7\u00e3o do sistema de reconstru\u00e7\u00e3o:<\/h2>\n
Nesse contexto, embora tenha havido muito trabalho de pesquisa no campo da redu\u00e7\u00e3o de CO2 no pa\u00eds e no exterior, muitos trabalhos perceberam a convers\u00e3o de CO2 na perspectiva do design de materiais, como catalisadores semicondutores para produ\u00e7\u00e3o catal\u00edtica de hidrog\u00eanio ou degrada\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria org\u00e2nica. A seletividade da rea\u00e7\u00e3o ou produto catal\u00edtico \u00e9 regulada (Adv. Mater. 2018, 30, 1704663). No entanto, a realiza\u00e7\u00e3o da rea\u00e7\u00e3o catal\u00edtica e o controle do processo n\u00e3o est\u00e3o maduros o suficiente. Os sistemas de rea\u00e7\u00e3o usados pela maioria dos pesquisadores s\u00e3o equipamentos e sistemas de an\u00e1lise \u201csemi-customizados\u201d n\u00e3o padronizados. Portanto, o autor acredita que o design do material \u00e9 importante, e o sistema de rea\u00e7\u00e3o apropriado e o m\u00e9todo de avalia\u00e7\u00e3o s\u00e3o mais importantes. O sistema de rea\u00e7\u00e3o refere-se \u00e0s condi\u00e7\u00f5es ambientais necess\u00e1rias para a rea\u00e7\u00e3o de redu\u00e7\u00e3o de CO2, como luz, eletricidade, solu\u00e7\u00e3o, temperatura, press\u00e3o, etc.; o m\u00e9todo de detec\u00e7\u00e3o refere-se ao estado do produto (como g\u00e1s ou l\u00edquido, seletividade, concentra\u00e7\u00e3o) e efici\u00eancia de convers\u00e3o de carbono, efici\u00eancia de f\u00f3tons Aguarde.<\/div>\n
Entre v\u00e1rias estrat\u00e9gias de redu\u00e7\u00e3o catal\u00edtica de CO2 vi\u00e1veis, como fotocat\u00e1lise, fotoeletrocat\u00e1lise, cat\u00e1lise fotot\u00e9rmica e cat\u00e1lise t\u00e9rmica, cada uma tem seus pr\u00f3prios m\u00e9ritos. T\u00e9cnicas para reduzir fotoquimicamente o CO2 e convert\u00ea-lo em combust\u00edveis de hidrocarbonetos que s\u00e3o ben\u00e9ficos para os seres humanos s\u00e3o particularmente atraentes. Como pode ser realizado em temperatura e press\u00e3o normais, os efeitos sin\u00e9rgicos tamb\u00e9m podem ocorrer em temperaturas e press\u00f5es espec\u00edficas. A energia necess\u00e1ria pode ser fornecida direta ou indiretamente por energia renov\u00e1vel, como a energia solar, e o carbono pode ser reciclado.<\/div>\n

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Figura 1 Reator catal\u00edtico na forma de Lote e Fluxo (Chem. Asian J. 2016, 11, 425 \u2013 436)<\/div>\n
Existem duas maneiras de construir o reator (como mostrado na Figura 2). Um \u00e9 um reator de volume fixo no qual uma mat\u00e9ria-prima de rea\u00e7\u00e3o, como CO2, H2 ou H2O, um catalisador ou um cocatalisador \u00e9 colocado em um reator, e uma rea\u00e7\u00e3o \u00e9 realizada injetando luz, eletricidade, calor ou similares no catalisador. . O segundo \u00e9 um m\u00e9todo de fluxo, que \u00e9 um processo no qual um g\u00e1s de alimenta\u00e7\u00e3o \u00e9 introduzido no reator a uma determinada taxa e, ap\u00f3s um certo per\u00edodo de rea\u00e7\u00e3o, flui para fora do reator. O estudo descobriu que o material do reator \u00e9 geralmente dividido em politetrafluoretileno, vidro de quartzo, a\u00e7o inoxid\u00e1vel. PTFE tem as vantagens de alta resist\u00eancia, resist\u00eancia \u00e0 corros\u00e3o e boa veda\u00e7\u00e3o, mas tem um limite de baixa temperatura, geralmente 250 graus. O reator de quartzo tem as vantagens de resist\u00eancia \u00e0 temperatura e resist\u00eancia \u00e0 corros\u00e3o, mas \u00e9 fr\u00e1gil e tem baixa resist\u00eancia \u00e0 compress\u00e3o. O reator de a\u00e7o inoxid\u00e1vel met\u00e1lico tem as vantagens de resist\u00eancia \u00e0 press\u00e3o e f\u00e1cil processamento, mas \u00e9 f\u00e1cil reagir com os reagentes. Voc\u00ea pode escolher o reator certo para suas necessidades. Ao mesmo tempo, para introduzir ou retirar o g\u00e1s ou produto em tempo h\u00e1bil, alguns orif\u00edcios devem ser abertos no projeto do reator para facilitar a inje\u00e7\u00e3o de mat\u00e9rias-primas.<\/div>\n
Al\u00e9m disso, as formas de rea\u00e7\u00e3o mais comuns s\u00e3o rea\u00e7\u00f5es s\u00f3lido-l\u00edquido: no reator, uma solu\u00e7\u00e3o saturada de g\u00e1s CO2 \u00e9 usada como mat\u00e9ria-prima, ou um eletr\u00f3lito \u00e9 injetado em um reator de redu\u00e7\u00e3o eletrocatal\u00edtica (Fig. 2). O mecanismo de rea\u00e7\u00e3o intr\u00ednseco da eletrorredu\u00e7\u00e3o do di\u00f3xido de carbono envolve um caminho complexo de limites trif\u00e1sicos de fase s\u00f3lido-l\u00edquido. Portanto, o projeto racional da geometria do catalisador permite que tantos s\u00edtios reativos quanto poss\u00edvel promovam a transfer\u00eancia de pr\u00f3tons e el\u00e9trons na interface.<\/div>\n

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Figura 2 Diagrama esquem\u00e1tico da rea\u00e7\u00e3o s\u00f3lido-g\u00e1s e s\u00f3lido-l\u00edquido (Chem. Commun., 2016, 52, 35-59)<\/div>\n

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Figura 3 Diagrama esquem\u00e1tico do reator de redu\u00e7\u00e3o fotoeletrocatal\u00edtica de CO2 (J. Photon. Energy. 2017, 7(1), 012005)<\/div>\n

Manuseio de materiais:<\/h2>\n
O tratamento do catalisador no reator \u00e9 diferente dependendo da morfologia do material. Por exemplo, o material em p\u00f3 pode ser colocado na superf\u00edcie do vidro de quartzo; o material do filme pode ser colocado no reator dobrando, perfurando, etc.; o material a granel (cer\u00e2mica porosa) pode aumentar a taxa de contato entre o g\u00e1s e o catalisador pelo fluxo de g\u00e1s para realizar a restaura\u00e7\u00e3o de CO2.<\/div>\n
Sele\u00e7\u00e3o da fonte de luz: A escolha da fonte de rea\u00e7\u00e3o catal\u00edtica tamb\u00e9m \u00e9 muito importante. Vale a pena que os pesquisadores prestem aten\u00e7\u00e3o ao problema da densidade de pot\u00eancia \u00f3ptica efetiva. Portanto, a fonte de luz adquirida, como a l\u00e2mpada de xen\u00f4nio, geralmente tem uma pot\u00eancia de f\u00e1brica de mais do que uma intensidade de luz solar (um sol \u00e9 equivalente a 1 kW\/m2). Portanto, pode ser regulado por um filtro de aquecimento. Antes de projetar a rea\u00e7\u00e3o, o medidor de pot\u00eancia \u00f3ptica deve ser usado para testar o valor real. A intensidade da fonte de luz utilizada.<\/div>\n
Avalia\u00e7\u00e3o do produto: A avalia\u00e7\u00e3o do produto catal\u00edtico \u00e9 a \u00faltima e mais importante parte do sistema geral. Os produtos retirados s\u00e3o geralmente classificados em offline (vulgarmente conhecido como \u201ctipo agulha\u201d) e detec\u00e7\u00e3o online (online). Dependendo da natureza do produto catal\u00edtico, o equipamento de detec\u00e7\u00e3o geralmente possui cromatografia gasosa, espectrometria de massa e cromatografia l\u00edquida. Professores como o Prof. Ye jinhua, Ozin, Zou zhigang, Yang peidong, Li can, Xie yi, Wu lizhu e Wang xinchen s\u00e3o amplamente utilizados.<\/div>\n
Este artigo se concentra na cromatografia gasosa, o dispositivo mais comum usado em estudos recentes. Os componentes principais normalmente incluem detectores, colunas, reformadores de metano, v\u00e1lvulas de seis vias e loops. O detector geralmente usa dois tipos (detector de chama de hidrog\u00eanio) FID e (detector de piscina t\u00e9rmica) TCD. O FID pode detectar mat\u00e9ria org\u00e2nica contendo carbono com alta sensibilidade, enquanto o TCD pode detectar todos os compostos, incluindo hidrog\u00eanio, mon\u00f3xido de carbono, di\u00f3xido de carbono, etc., mas com um \u00e2ngulo de sensibilidade (~1000 ppm). Portanto, a maioria dos pesquisadores opta por instalar o detector FID, e o CO2 ou CO residual no processo de rea\u00e7\u00e3o pode ser detectado por um forno de convers\u00e3o com catalisador de n\u00edquel. Mais importante, depois que o produto \u00e9 vaporizado, as colunas usadas no fluxo de g\u00e1s de arraste tamb\u00e9m s\u00e3o diferentes, o que afeta a sensibilidade de detec\u00e7\u00e3o. Por exemplo, o detector FID geralmente usa uma coluna capilar e o detector TCD usa uma coluna TDX01. Conforme mostrado no design do cromatograma mostrado abaixo, muitos fabricantes no pa\u00eds e no exterior podem fornecer produtos personalizados, como Agilent, Tianmei, Yanuo, Fuli e assim por diante. \u00c9 claro que, como os produtos da redu\u00e7\u00e3o de CO2 s\u00e3o muito complicados, existem pequenas mol\u00e9culas como H2 e CO, bem como mol\u00e9culas org\u00e2nicas como C1, CH3OH, \u00e1cido f\u00f3rmico e etanol, como C1 e C2. O detector de coluna \u00fanica n\u00e3o pode ser detectado completamente de uma s\u00f3 vez, e o TCD e o TCD s\u00e3o necess\u00e1rios. O FID \u00e9 combinado e os diferentes tipos de colunas s\u00e3o usados juntos.<\/div>\n

Polui\u00e7\u00e3o por carbono:<\/h2>\n

Uma quest\u00e3o-chave que requer aten\u00e7\u00e3o especial na pesquisa de redu\u00e7\u00e3o de CO2 \u00e9 a polui\u00e7\u00e3o por carbono. Estudos mostraram que solventes org\u00e2nicos, incluindo solventes, reagentes e surfactantes usados na prepara\u00e7\u00e3o do catalisador, podem deixar res\u00edduos carbonosos no produto final e se decompor em pequenas mol\u00e9culas como CO e CH4 durante a rea\u00e7\u00e3o catal\u00edtica, resultando em atividade catal\u00edtica. Superestimada. Portanto, \u00e9 necess\u00e1rio confirmar que o produto medido prov\u00e9m da decomposi\u00e7\u00e3o do CO2 e n\u00e3o da decomposi\u00e7\u00e3o do res\u00edduo carbon\u00e1ceo. A marca\u00e7\u00e3o do is\u00f3topo 13CO2 \u00e9 uma t\u00e9cnica eficaz para verificar a origem dos produtos redutores e tem sido amplamente utilizada em muitos estudos.<\/p>\n

Conclus\u00e3o:<\/h2>\n
A redu\u00e7\u00e3o catal\u00edtica de CO2 a hidrocarbonetos tornou-se um meio verde de mitigar problemas energ\u00e9ticos e ambientais. Com base em muitos anos de pesquisa, Xiaobian compilou conhecimento importante de sistemas de rea\u00e7\u00e3o catal\u00edtica e avalia\u00e7\u00e3o de produtos, e espera ajudar pesquisadores no mesmo campo a fornecer uma boa plataforma para o projeto de catalisadores de alta efici\u00eancia.<\/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":[],"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1797"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1797"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1797\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1797"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1797"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.meetyoucarbide.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1797"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}