Forskere sætter ny bar for vandspaltning, CO2-opdelingsteknikker

Forskere fra North Carolina State University har øget effektiviteten af ​​to teknikker betydeligt, til spaltning af vand til dannelse af hydrogengas og opdeling af kuldioxid (CO ₂ ) for at danne kulilte (CO). Produkterne er værdifulde råstoffer til ren energi og kemiske fremstillingsapplikationer.

Vandspaltningsprocessen omdanner med succes 90 procent af vandet til hydrogengas, mens CO ₂ -spaltningsproces omdanner mere end 98 procent af CO ₂ til CO. Desuden processen bruger også den resulterende ilt til at omdanne metan til syngas, som selv er et råstof, der bruges til fremstilling af brændstoffer og andre produkter.

"Disse fremskridt er muliggjort af materialer, som vi specifikt har designet til at have de ønskede termodynamiske egenskaber for hver proces, "siger Fanxing Li, en lektor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State, der er tilsvarende forfatter til to artikler om arbejdet. "Disse egenskaber var ikke blevet rapporteret før, medmindre du brugte sjældne jordartsmaterialer."

For CO ₂ -spaltningsproces, forskere udviklede en nanokomposit af strontiumferrit dispergeret i en kemisk inert matrix af calciumoxid eller manganoxid. Som CO ₂ køres over et pakket leje af partikler sammensat af nanokomposit, nanokompositmaterialet deler CO ₂ og fanger et af iltatomerne. Dette reducerer CO ₂ , efterlader kun CO bagefter.

"Tidligere CO ₂ konverteringsteknikker har ikke været særlig effektive, konvertering langt under 90 procent af CO ₂ til CO, "Siger Li." Vi nåede konverteringsrater helt op til 99 procent.

"Og CO er værdifuldt, fordi det kan bruges til at lave en række forskellige kemiske produkter, inklusive alt fra polymerer til eddikesyre, "Siger Li.

I mellemtiden, ilten fanget under CO ₂ -spaltningsprocessen kombineres med metan og omdannes til syngas ved hjælp af solenergi.

Til vandspaltningsprocessen, forskere skabte jern-dopede barium-manganoxidpartikler. Bortset fra forskellen i materialer, processen er bemærkelsesværdig ens. Når vand - i form af damp - løber over et lag af partiklerne, det jern-dopede barium-manganoxid splitter vandmolekylerne og fanger iltatomerne. Dette efterlader ren hydrogengas.

"Vores konvertering her er 90 procent, som sammenligner sig meget positivt med andre teknikker - som ofte ligger i området 10-20 procent, "siger Vasudev Haribal, en ph.d. studerende ved NC State og hovedforfatter af papiret om vandspaltningsarbejdet.

Oxygenet, der opsamles under vandopdelingsprocessen, bruges til at lave syngas, ved hjælp af den samme teknik, der blev brugt i CO ₂ -spaltningsproces.

"Vi tror, ​​at begge disse materialer og processer repræsenterer betydelige skridt fremad, "Siger Li." De bruger relativt billige materialer til effektivt at udvinde værdifulde råvarer fra ressourcer, der enten er let tilgængelige (i tilfælde af vand) eller faktisk er drivhusgasser (i tilfælde af CO ₂ og metan).

"Vi arbejder nu på at udvikle materialer, der er endnu mere effektive, "Siger Li." Og vi er åbne over for at arbejde med eksterne grupper, der er interesserede i at skalere disse processer til fremstilling. "

CO ₂ -kløvningspapir, "Perovskit -nanokompositter som effektive CO ₂ -Opdeling af midler i en cyklisk redoxordning, "er offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt . Avisens hovedforfatter er Junshe Zhang, en tidligere postdoktorforsker ved NC State, der nu er på Xi'an Jiaotong University. Avisen er medforfatter af Haribal. Arbejdet blev udført med støtte fra National Science Foundation, under tilskud CBET-1254351 og CBET-1510900, og Kenan Institute i NC State.

Det vandkløvende papir, "Iron-Doped BaMnO3 til hybrid vandopdeling og syntesegasgenerering, "er offentliggjort i tidsskriftet ChemSusChem . Avisen blev co-første forfatter af Feng He, en tidligere ph.d. studerende på NC State, og Amit Mishra, en ph.d. studerende på NC State. Arbejdet blev udført med støtte fra NSF, under tilskud CBET-1254351, og Kenan Institute i NC State.