Кеңири таралган топурак минералы, α-темир-(III) оксигидроксиди, көмүр кычкыл газын кумурска кислотасына фотокалыбына келтирүү үчүн кайра иштетүүгө боло турган катализатор экени аныкталган. Автор: Проф. Казухико Маэда
СО2нин кумурска кислотасы (HCOOH) сыяктуу ташылуучу күйүүчү майларга фоторедукцияланышы атмосферадагы СО2 деңгээлинин жогорулашына каршы күрөшүүнүн жакшы жолу болуп саналат. Бул тапшырманы аткарууга жардам берүү үчүн Токио технология институтунун изилдөө тобу даяр темир негизиндеги минералды тандап алып, аны глинозем таянычына жүктөп, СО2ни HCOOHго натыйжалуу айландыра турган катализаторду иштеп чыгышты, бул болжол менен 90% селективдүүлүктү түзөт!
Электр унаалары көптөгөн адамдар үчүн жагымдуу вариант болуп саналат жана анын негизги себеби, алардын көмүртек бөлүп чыгарбашы. Бирок, көпчүлүк үчүн чоң кемчилик - алардын алыстыгы аз жана кубаттоо убактысы узак. Бензин сыяктуу суюк отундардын чоң артыкчылыгы ушунда. Алардын жогорку энергия тыгыздыгы узак аралыктарга жана тез май куюуга алып келет.
Бензинден же дизелдик отундан башка суюк отунга өтүү көмүртек бөлүп чыгарууну жок кылып, ошол эле учурда суюк отундардын артыкчылыктарын сактап калат. Мисалы, отун клеткасында кумурска кислотасы кыймылдаткычты иштетип, сууну жана көмүр кычкыл газын бөлүп чыгара алат. Бирок, эгер кумурска кислотасы атмосферадагы CO2ди HCOOHго чейин калыбына келтирүү менен өндүрүлсө, анда таза чыгымдын жалгыз булагы суу болот.
Атмосферабыздагы көмүр кычкыл газынын деңгээлинин жогорулашы жана анын глобалдык жылуулукка кошкон салымы азыр кеңири тараган жаңылык болуп калды. Изилдөөчүлөр көйгөйгө ар кандай ыкмаларды колдонуп эксперимент жүргүзүп жатканда, натыйжалуу чечим пайда болду – атмосферадагы ашыкча көмүр кычкыл газын энергияга бай химиялык заттарга айландыруу.
Күн нурунда CO2 фотокалыбына келтирүү жолу менен кумурска кислотасы (HCOOH) сыяктуу күйүүчү майларды өндүрүү акыркы учурда көп көңүл бурууда, анткени бул процесстин эки эсе пайдасы бар: ал ашыкча CO2 бөлүп чыгарууну азайтат жана ошондой эле биз учурда туш болгон энергиянын жетишсиздигин азайтууга жардам берет. Жогорку энергия тыгыздыгына ээ суутек үчүн эң сонун алып жүрүүчү катары HCOOH күйүү аркылуу энергия менен камсыз кыла алат, ал эми кошумча продукт катары сууну гана бөлүп чыгарат.
Бул кирешелүү чечимди ишке ашыруу үчүн окумуштуулар күн нурунун жардамы менен көмүр кычкыл газын азайтуучу фотокаталитикалык системаларды иштеп чыгышты. Бул система жарыкты сиңирүүчү субстраттан (б.а., фотосенсибилизатордон) жана CO2ди HCOOHго калыбына келтирүү үчүн талап кылынган бир нече электрондук которууну камсыз кылган катализатордон турат. Ошентип, ылайыктуу жана натыйжалуу катализаторлорду издей башташты!
Көп колдонулган кошулма инфографикасын колдонуу менен көмүр кычкыл газынын фотокаталитикалык калыбына келиши. Автор: Профессор Казухико Маэда
Натыйжалуулугунан жана кайра иштетүү мүмкүнчүлүгүнөн улам, катуу катализаторлор бул тапшырма үчүн эң жакшы талапкерлер деп эсептелет жана жылдар бою көптөгөн кобальт, марганец, никель жана темир негизиндеги металл-органикалык каркастардын (MOF) каталитикалык мүмкүнчүлүктөрү изилденген, алардын арасында акыркысы башка металлдарга караганда бир катар артыкчылыктарга ээ. Бирок, азырынча кабарланган темир негизиндеги катализаторлордун көпчүлүгү негизги продукт катары HCOOH эмес, көмүртек кычкылын гана өндүрөт.
Бирок, бул көйгөй Токио технология институтунун (Токио Тех) профессор Казухико Маэда жетектеген изилдөөчүлөр тобу тарабынан тез арада чечилди. Angewandte Chemie химиялык журналында жарыяланган жакында жүргүзүлгөн изилдөөдө топ α-темир (III) оксигидроксидин (α-FeO₂OH; геотит) колдонуп, алюминий кычкылы (Al2O3) менен колдоого алынган темир негизиндеги катализаторду көрсөтүштү. Жаңы α-FeO₂OH/Al2O3 катализатору CO2ди HCOOHго айландыруунун эң сонун көрсөткүчтөрүн жана эң сонун кайра иштетүү мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт. Катализаторду тандоо жөнүндө сурашканда, профессор Маэда: "Биз CO2 фотокалыбына келтирүү системаларында катализатор катары көбүрөөк кездешүүчү элементтерди изилдегибиз келет. Бизге активдүү, кайра иштетүүгө боло турган, уулуу эмес жана арзан болгон катуу катализатор керек. Ошондуктан биз эксперименттерибиз үчүн гетит сыяктуу кеңири таралган топурак минералдарын тандап алдык", - деп жооп берди.
Команда катализаторун синтездөө үчүн жөнөкөй импрегнация ыкмасын колдонушкан. Андан кийин алар рутений негизиндеги (Ru) фотосенсибилизатордун, электрон донорунун жана толкун узундугу 400 нанометрден ашкан көрүнгөн жарыктын катышуусунда бөлмө температурасында CO2ди фотокаталитикалык түрдө калыбына келтирүү үчүн темир менен камсыздалган Al2O3 материалдарын колдонушкан.
Жыйынтыктар абдан кубандырат. Негизги продукт HCOOH үчүн алардын системасынын селективдүүлүгү 80–90% түздү, ал эми кванттык кирешелүүлүгү 4,3% түздү (бул системанын натыйжалуулугун көрсөтүп турат).
Бул изилдөөдө натыйжалуу фотосенсибилизатор менен жупташкан учурда HCOOH пайда кыла турган өзүнүн түрүндөгү биринчи темир негизиндеги катуу катализатор сунушталат. Ошондой эле, тийиштүү колдоочу материалдын (Al2O3) мааниси жана анын фотохимиялык калыбына келүү реакциясына тийгизген таасири талкууланат.
Бул изилдөөдөн алынган түшүнүктөр көмүр кычкыл газын башка пайдалуу химиялык заттарга фотокалыбына келтирүү үчүн жаңы асыл металлсыз катализаторлорду иштеп чыгууга жардам берет. "Биздин изилдөө жашыл энергия экономикасына жол татаал эмес экенин көрсөтүп турат. Катализаторлорду даярдоонун жөнөкөй ыкмалары да сонун натыйжаларды бере алат жана жер бетине бай кошулмалар, эгерде алар алюминий оксиди сыяктуу кошулмалар менен колдоого алынса, СО2ни калыбына келтирүү үчүн тандалма катализатор катары колдонулушу мүмкүн экени белгилүү", - деп жыйынтыктайт профессор Маэда.
Шилтемелер: “Алюминий оксиди менен колдоого алынган Alpha-Iron (III) оксигидроксиди көрүнүүчү жарыктын астында CO2 фоторедукциясы үчүн кайра иштетилүүчү катуу катализатор катары” Дэхён Ан, доктор Шунта Нишиока, доктор Шухеи Ясуда, доктор Томоки Каназава, доктор Йошинобу Камакура, Профессионал Йошинобу Проф. Нозава, профессор Казухико Маэда, 12-май 2022-жыл, Angewandte Chemie.DOI: 10.1002 / anie.202204948
«Мына ушул жерде бензин сыяктуу суюк отундардын чоң артыкчылыгы бар. Алардын жогорку энергия тыгыздыгы узак аралыкка учууну жана тез май куюуну билдирет».
Кандай сандар жөнүндө айтып бере аласызбы? Кумурска кислотасынын энергия тыгыздыгы бензинге кандайча салыштырылат? Химиялык формуласында бир гана көмүртек атому болгондуктан, ал бензинге жакындап калбайт деп ойлойм.
Мындан тышкары, жыты абдан уулуу жана кислота катары ал бензинге караганда дат басуучураак. Булар чечилгис инженердик көйгөйлөр эмес, бирок кумурска кислотасы диапазонду көбөйтүүдө жана батареяны май куюу убактысын кыскартууда олуттуу артыкчылыктарды бербесе, анда бул аракеттин акыбети кайтпай калышы мүмкүн.
Эгер алар топурактан гетитти алууну пландашса, бул энергияны көп талап кылган кен казуу иштери болуп, айлана-чөйрөгө зыян келтириши мүмкүн.
Алар топуракта көп гетит бар экенин айтышы мүмкүн, анткени мен керектүү чийки затты алуу жана аларды гетитти синтездөө үчүн реакцияга киргизүү үчүн көбүрөөк энергия талап кылынат деп ойлойм.
Бул процесстин бүтүндөй жашоо циклин карап чыгып, бардык нерсенин энергия чыгымын эсептөө зарыл. NASA эркин учуруу деген нерсени тапкан жок. Башкалар муну эске алышы керек.
SciTechDaily: 1998-жылдан берки эң мыкты технологиялык жаңылыктардын мекени. Акыркы технологиялык жаңылыктардан электрондук почта же социалдык медиа аркылуу кабардар болуп туруңуз.
Барбекюнун түтүндүү жана мас кылуучу даамдары жөнүндө ойлонуунун өзү эле көпчүлүктүн шилекейин агызууга жетиштүү. Жай келди, жана көптөр үчүн...