Gözleri doğruladıktan sonra, biyokütle "doğru kişi" ile tanışır
Şekil 1 Biyokütle enerjisi (İnternetten alınan resim)
Enerji söz konusu olduğunda, insanlar önce hayatın her alanında çok önemli bir rol oynayan kömür, petrol, doğalgaz vb. Son yıllarda, fosil enerjinin azalması ve çevre kirliliğinin artmasıyla birlikte, fosil enerji ve diğer birincil enerji kaynaklarının yerini alabilecek yeni bir yenilenebilir enerji türü bulmak acildir.
Biyokütle enerjisi, bu tür yenilenebilir enerji bilim adamları tarafından giderek daha fazla tercih edilmektedir. Biyokütle enerjisi, doğal bitkiler, gübre ve kentsel ve kırsal organik atıklardan dönüştürülen enerjidir.
Şekil 2 Kırpma saplarının yakılması (İnternetten alınan resim)
Biyokütle dünyadaki en bol yenilenebilir kaynaktır.Bu kaynağın nasıl etkin bir şekilde kullanılacağı, bilim adamlarının keşfetmeye çalıştığı sorunlardan biridir.
Örnek olarak mahsul samanını ele alırsak, Çin her yıl 700 milyon tondan fazla saman benzeri biyokütle üretiyor.Küçük bir kısmının etkin bir şekilde kullanılması dışında, kıymetli bir kaynak olması gereken bu tür biyokütle şu anda yakılmakta veya doğal bozunma yoluyla tüketilmektedir. Mahsul samanının mevsimsel olarak yakılması, Çin'de benzersiz bir "manzara" haline geldi. Biyokütle kaynaklarının durumu "doğru kişiyi bulamıyor", yalnızca büyük miktarda kaynak israfına neden olmakla kalmıyor, aynı zamanda büyük miktarda karbondioksit ve metan ve zorlu ortamlara neden olacak diğer sera gazları üretiyor. etkiler.
Bu nedenle, biyokütle kaynaklarının etkin kullanımı çevrenin iyileştirilmesi, kısmen fosil enerjinin yerini alması ve sürdürülebilir kalkınma için büyük önem taşımaktadır.
Şekil 3 Biyokütle dönüştürme süreci (İnternetten alınan resim)
Bilim adamları, biyokütlenin ve türev platform moleküllerinin, fosil kaynaklarının yerini alması için çeşitli katalitik dönüşüm süreçleri yoluyla yakıtlara ve kimyasallara dönüştürülebileceğini keşfettiler. Zengin oksijen içeriği nedeniyle, biyokütleden türetilmiş platform moleküllerinin "seçici hidrojenasyonu", biyokütle ince kimyasalların üretiminde en yaygın kullanılan yöntemlerden biri olarak kabul edilmektedir.
Diğer bir deyişle, biyokütle kaynaklarının etkin kullanımının anahtarı, biyokütle kaynakları için "doğru kişi" bulmaya eşdeğer olan uygun bir katalizör bulmaktır.
Şekil 4 (İnternetten alınan resim)
Bu "doğru insanı" bulmak için bilim adamları birçok yol düşünüyorlar.
Şu anda, "hidrojenasyon katalizörlerinin" aktif bileşenleri esas olarak değerli metallerin (platin, altın, paladyum, rutenyum vb.) Aktif bölgelerine dayanmaktadır, ancak düşük rezervleri ve yüksek fiyatları endüstriyel uygulamalarını ciddi şekilde kısıtlamaktadır. Bununla birlikte, geleneksel soy olmayan metal nanokatalizörler zayıf morfolojiye ve boyut tekdüzeliğine ve tek aktif bölgelere sahiptir, bu da hidrojenasyon kataliz işleminde zayıf aktivite, seçicilik ve stabilite ile sonuçlanır.
Düşük maliyetli, yüksek katalitik aktiviteye sahip metal-nitrojen-karbon yapılı katalizör sistemlerinin metal-organik çerçeve malzemelere dayalı olarak hazırlanması araştırmacılardan geniş ilgi görmesine rağmen, metal-organik çerçeve malzemelerinin yüksek sıcaklıkta doğrudan karbonizasyonu nitrojen içeriğinin ve gözenekliliğin azalmasına neden olacaktır. Malzemenin katalitik performansını etkiler. Bu nedenle, malzemenin katalitik aktivitesini sürdürmek için uygun nano yapılar inşa etmek gereklidir.
Şekil 5 Metal organik çerçeve malzemelerinden türetilen katalizör sistemi (İnternetten resim)
Öyleyse, malzemenin katalitik aktivitesini sürdürmek için uygun bir nanoyapı nasıl inşa edebiliriz?
Son zamanlarda, Çin Bilimler Akademisi Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü Katı Hal Fiziği Enstitüsü cevabı verdi: Biyokütle hidrojenasyonu için uygun, etkili bir asil olmayan metal katalizörü, yani nitrojen katkılı karbon nanotüplerle kaplı bir kobalt nanopartikül katalizörü buldular.
Yüksek sıcaklıkta kademeli piroliz nedeniyle, karbon nanotüplerin büyümesi daha düzenlidir.Aynı zamanda, tek boyutlu karbon nanotüp yapısı, karbonizasyon işlemi sırasında kobalt partiküllerinin büyümesini ve aglomerasyonunu etkili bir şekilde önleyebilir, böylece kobalt nanopartikülleri nitrojen katkılı karbona oldukça homojen bir şekilde sarılır. nanotüp.
Analiz, yapılandırılmış katalizörün çok sayıda kobalt-nitrojen aktif bölgeye sahip olduğunu ve bunun da biyokütle hidrojenasyon işleminde asal olmayan metal katalizörün "üç yüksek" sine, yani yüksek aktivite, yüksek seçicilik ve yüksek stabiliteye yol açtığını ve katalitik performansının ulaştığını göstermektedir. Hatta mevcut değerli metal katalizörlerinin seviyesini bile aşıyor.
Şekil 6 Katalizör morfolojisi ve yapısının karakterizasyonu
İlgili araştırma, yüksek verimli, asil olmayan metal bazlı hidrojenasyon katalizör malzemeleri hazırlamak için yeni ve etkili bir yol sağlar ve yeni hidrojenasyon aktif bölgelerinin anlaşılması için belirli bir temel sağlar. Araştırma sonuçları uluslararası "Advanced Materials" dergisinde (Adv. Mater. 2019, DOI: 10.1002 / adma.201808341) yayınlandı.
Kaynak: Hefei Malzeme Bilimi Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
