Nowatorskie katalizatory w kapsułkach zwiększają produkcję metanolu z redukcji CO2 i wodoru.

WarsawNaukowcy z Tokyo Tech odkryli, że umieszczenie nanocząstek miedzi wewnątrz porowatych kryształów krzemianowych o właściwościach hydrofobowych może zwiększyć skuteczność katalizatorów z miedzi i tlenku cynku w produkcji metanolu. Taka konfiguracja zapobiega zlepianiu się cząstek miedzi w wysokiej temperaturze, co prowadzi do lepszej hydrogenezacji i większej produkcji metanolu. Dzięki tej metodzie synteza metanolu z CO2 staje się bardziej efektywna.

Emisje CO2 znacząco wpływają na globalne ocieplenie, dlatego ich redukcja jest pilna. Metanol jest przydatnym i niedrogim paliwem, stanowiąc dobry zamiennik dla tradycyjnych paliw transportowych. Produkcja metanolu poprzez przekształcanie CO2 z wodorem to obiecująca metoda wśród technologii wychwytywania i wykorzystania CO2.

Niższe temperatury sprzyjają produkcji metanolu, ponieważ reakcja wydziela ciepło. Katalizatory z miedzi i tlenku cynku (Cu-ZnO) są korzystne w tym procesie. Ułatwiają one zamianę CO2 na formiatory pośrednie, co zwiększa wydajność produkcji metanolu. Zwiększenie powierzchni styku miedzi i tlenku cynku zwiększa produkcję, co można osiągnąć poprzez równomierne rozłożenie cząstek miedzi. Jednak cząstki miedzi nie są stabilne w wysokich temperaturach i mają tendencję do zlepiania się podczas przygotowywania i samej reakcji, co zmniejsza dostępną powierzchnię. Dodatkowo, woda jako produkt uboczny przyczynia się do zlepiania się miedzi oraz spowalnia tworzenie formiatorów.

Naukowcy pod przewodnictwem profesora Teruokiego Tago z Tokijskiego Instytutu Technologicznego opracowali nowoczesne katalizatory Cu-ZnO umieszczone w Silikalicie-1 (S-1). W swojej pracy zwrócili uwagę na kilka istotnych odkryć.

Umieszczanie metali w nośnikach porowatych zapobiega agregacji termicznej. Katalizatory Cu-ZnO osadzone w S-1 wykazują zwiększoną produkcję metanolu. Przygotowano dwa rodzaje katalizatorów: Cu/S-1 i Cu@S-1. Cu@S-1 uzyskano z proszku filokrzemianu miedziowego (CuPS).

Zobacz również:

Dzisiaj · 13:23

Niezwykłe siły mechaniczne a ekspresja genów

Naukowcy opracowali dwa rodzaje katalizatorów. Pierwszym z nich był Cu/S-1, który powstał przez dodanie miedzi do materiału hydrofobowego zwanego S-1. Drugi, nazwany Cu@S-1, został stworzony przy użyciu proszku miedzi, co umożliwiło wbudowanie cząstek miedzi w strukturę S-1. Aby wytworzyć Cu@S-1, rozpuszczano proszek miedziowy, a czas potrzebny na jego rozpuszczenie wpływał na wielkość cząstek miedzi. Po znalezieniu optymalnego czasu rozpuszczania, katalizator miał cząstki miedzi o wielkości około 2,4 nanometra wewnątrz S-1.

Katalizator Cu@S-1 wykazywał wyższą aktywność w procesie uwodornienia oraz większą produkcję metanolu niż Cu/S-1. Aby jeszcze bardziej zwiększyć produkcję metanolu, do Cu@S-1 dodano ZnO poprzez impregnację, tworząc katalizator ZnO/Cu@S-1 z drobnymi cząstkami Cu. Ten nowy katalizator charakteryzował się jeszcze wyższą aktywnością, co wskazuje na utworzenie interfejsu Cu-ZnO.

Struktura S-1 zapobiega zlepianiu się cząsteczek miedzi podczas podgrzewania. Dodatkowo sprawnie usuwa wodę powstającą w trakcie reakcji w pobliżu interfejsu Cu-ZnO, co poprawia produkcję metanolu.

Badanie zostało udostępnione online 21 lutego 2024 roku, a opublikowane w Tomie 485 czasopisma Chemical Engineering Journal 1 kwietnia 2024 roku. Projekt był finansowany przez unijny program Horyzont 2020 oraz Japońską Agencję Technologii i Nauki w ramach projektu SCICORP (projekt Laurelin). Naukowcy odkryli, że nowa metoda przygotowywania katalizatorów działa bardzo dobrze i wykazuje potencjał w efektywnej produkcji metanolu z CO2.