Một nghiên cứu của Đại học Northwestern trình bày một chất xúc tác tiết kiệm chi phí được làm từ molypden và đường ăn để chuyển đổi carbon dioxide thành carbon monoxide, cung cấp một phương pháp khả thi để chuyển đổi carbon thu được thành các sản phẩm hữu ích như tiền chất nhiên liệu.
Chất xúc tác mới có thể mang lại giải pháp tiềm năng cho việc sử dụng cacbon thu được.
Một chất xúc tác mới được chế tạo từ một loại kim loại rẻ tiền và dồi dào là đường ăn thông thường, có khả năng phân hủy carbon dioxide (CO2).2) Khí ga.
Trong một nghiên cứu mới được thực hiện bởi Đại học Northwestern, chất xúc tác đã chuyển đổi thành công carbon dioxide2 thành carbon monoxide (CO), một thành phần quan trọng để sản xuất nhiều loại hóa chất có lợi. Khi phản ứng xảy ra với sự có mặt của hydro, ví dụ như CO2 Hydro được chuyển hóa thành khí tổng hợp (hoặc khí tổng hợp), một nguyên liệu có giá trị để sản xuất nhiên liệu có thể thay thế xăng.
Với những tiến bộ gần đây trong công nghệ thu hồi carbon, thu hồi carbon sau đốt cháy đã trở thành một lựa chọn hợp lý để giúp giải quyết cuộc khủng hoảng biến đổi khí hậu toàn cầu. Nhưng làm thế nào để xử lý lượng carbon thu được vẫn là một câu hỏi mở. Chất xúc tác mới có khả năng cung cấp giải pháp loại bỏ khí nhà kính mạnh bằng cách chuyển đổi nó thành sản phẩm có giá trị hơn.
Nghiên cứu sẽ được đăng trên tạp chí số ra ngày 3/5 Khoa học.
“Ngay cả khi chúng ta ngừng thải khí carbon dioxide2 Bây giờ, bầu khí quyển của chúng ta vẫn sẽ chứa lượng carbon dioxide dư thừa2 Milad Khoshoui thuộc Đại học Northwestern, người đồng chủ trì nghiên cứu cho biết: “Đó là kết quả của các hoạt động công nghiệp từ nhiều thế kỷ trước”. “Không có giải pháp duy nhất cho vấn đề này. Chúng ta cần giảm lượng khí carbon dioxide.2 khí thải Và Tìm cách mới để giảm lượng khí carbon dioxide2 Sự tập trung đã có sẵn trong bầu khí quyển. Chúng ta phải tận dụng mọi giải pháp có thể.”
Sơ đồ này cho thấy toàn bộ quá trình tạo ra chất xúc tác và sử dụng nó để chuyển đổi carbon dioxide. Tín dụng: Milad Khoshoui
“Chúng tôi không phải là nhóm nghiên cứu đầu tiên chuyển đổi carbon dioxide2 “Hãy chuyển sang một nhà sản xuất khác,” Omar K. nói. Farha, thuộc Đại học Northwestern, là tác giả chính của nghiên cứu. “Tuy nhiên, để quy trình thực sự thực tế, nó cần một chất xúc tác đáp ứng một số tiêu chí quan trọng: khả năng chi trả, tính ổn định, dễ sản xuất và khả năng mở rộng. May mắn thay, vật liệu của chúng tôi đáp ứng vượt trội các yêu cầu này.
Là chuyên gia về công nghệ thu giữ carbon, Farha là Giáo sư Hóa học Charles E. và Emma H. Morrison tại Trường Cao đẳng Khoa học và Nghệ thuật Weinberg ở Northwestern. Sau khi bắt đầu công việc này với bằng Tiến sĩ. Khoshwai là ứng viên tại Đại học Calgary ở Canada và hiện là nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Farha.
Giải pháp từ cửa hàng
Bí mật đằng sau chất xúc tác mới là cacbua molypden, một vật liệu gốm cực kỳ cứng. Không giống như nhiều chất xúc tác khác đòi hỏi kim loại đắt tiền, chẳng hạn như bạch kim hoặc palladium, molypden là một kim loại rẻ tiền, không quý, có rất nhiều trên Trái đất.
Để chuyển molypden thành cacbua molypden, các nhà khoa học cần một nguồn carbon. Họ phát hiện ra một lựa chọn rẻ tiền ở một nơi không ngờ tới: phòng đựng thức ăn. Điều đáng ngạc nhiên là đường – loại đường màu trắng, dạng hạt được tìm thấy ở hầu hết mọi gia đình – lại là nguồn cung cấp nguyên tử carbon tiện lợi và rẻ tiền.
Khoshoui nói: “Hàng ngày tôi cố gắng sản xuất những vật liệu này, tôi đều mang đường từ nhà đến phòng thí nghiệm. “Khi so sánh với các loại vật liệu khác thường được sử dụng trong chất xúc tác, sản phẩm của chúng tôi có giá cực kỳ rẻ.”
Tính chọn lọc thành công và ổn định
Khi thử nghiệm chất xúc tác, Farha, Khoshoui và các cộng tác viên của họ đã rất ấn tượng trước thành công của nó. Hoạt động ở áp suất xung quanh và nhiệt độ cao (300-600 độ). độ C), chất xúc tác CO được chuyển hóa2 thành carbon dioxide với độ chọn lọc 100%.
Độ chọn lọc cao có nghĩa là chất xúc tác chỉ hoạt động với carbon dioxide2 Không làm hỏng các vật liệu xung quanh. Nói cách khác, ngành công nghiệp có thể áp dụng chất xúc tác cho một lượng lớn khí thu được và chỉ nhắm mục tiêu có chọn lọc là carbon dioxide.2. Chất xúc tác cũng ổn định theo thời gian, nghĩa là nó vẫn hoạt động và không bị phân hủy.
Farha cho biết: “Trong hóa học, không có gì lạ khi chất xúc tác mất đi tính chọn lọc sau vài giờ. “Nhưng sau 500 giờ trong điều kiện khắc nghiệt, độ chọn lọc của nó không thay đổi”.
Điều này đặc biệt đáng chú ý vì CO2 Nó là một phân tử ổn định và cứng đầu.
“chuyển đổi CO22 Khoshuai nói: “Điều đó không hề dễ dàng. “Ko2 Nó là một phân tử ổn định về mặt hóa học và chúng tôi phải vượt qua sự ổn định này, vốn đòi hỏi nhiều năng lượng.
Cách tiếp cận song song để làm sạch carbon
Phát triển các vật liệu cần thiết để thu giữ carbon là trọng tâm chính của Phòng thí nghiệm Farha. Nhóm của ông đang phát triển các khung hữu cơ kim loại (Khung hữu cơ kim loại), một loại vật liệu có kích thước nano, có độ xốp cao mà Farha ví như “bọt biển tắm tinh vi, có thể lập trình được”. Farha đang khám phá MOF cho các ứng dụng đa dạng, bao gồm cả việc thu giữ carbon dioxide2 Trực tiếp từ trên không.
Hiện nay, Farha cho biết MOF và chất xúc tác mới có thể phối hợp với nhau để đóng vai trò thu giữ và cô lập carbon.
Farha đề xuất: “Tại một thời điểm nào đó, chúng ta có thể sử dụng MOF để thu giữ carbon dioxide, sau đó là chất xúc tác biến nó thành thứ gì đó hữu ích hơn”. “Một hệ thống song song sử dụng hai vật liệu khác nhau cho hai bước tuần tự có thể là con đường hướng tới tương lai.”
“Điều này có thể giúp chúng tôi trả lời câu hỏi: Chúng ta phải làm gì với lượng carbon dioxide thu được?2“Khushui nói thêm. “Hiện tại, kế hoạch là cô lập nó dưới lòng đất nhưng các hồ chứa dưới lòng đất phải đáp ứng một số yêu cầu để lưu trữ carbon dioxide một cách an toàn và lâu dài.”2. Chúng tôi muốn thiết kế một giải pháp phổ quát hơn có thể sử dụng ở mọi nơi đồng thời tăng thêm giá trị kinh tế.
Tham khảo: “Chất xúc tác cacbua molybden khối hoạt tính và ổn định cho phản ứng biến đổi thuận nghịch nước-khí ở nhiệt độ cao” của Milad Ahmadi Khoshui, Shijun Wang, Gerardo Vitale, Philip Formalek, Kent O. Kerlikovalli, Randall Q. Senor, Pedro Pereira-Almao và Omar K. Farha, ngày 2 tháng 5 năm 2024, Khoa học.
doi: 10.1126/science.adl1260
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, Quỹ Khoa học Quốc gia và Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Tự nhiên và Kỹ thuật Canada.