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最新技术可实现在室温下将二氧化碳转化为一氧化碳

1497    2020-11-13    发布者:中国测试杂志社    来源:NIST 翻译:中国测试新闻中心

美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员展示了一种可以在室温下显著降低化石燃料发电厂废气中二氧化碳含量的方法,这种废气是大气中碳排放的主要来源之一。尽管研究人员只在一个小规模、高度受控的环境中演示了这种方法,环境尺寸为纳米级(10-9 m),但他们已经提出了扩大这种方法的概念,并使其在现实世界中的应用变得切实可行。

除了提供一种可能减轻气候变化影响的新方法外,科学家们采用的化学工艺还可以降低生产液态碳氢化合物和其他工业化学品的成本和能源需求。这是因为该方法的副产品包括合成甲烷、乙醇和其他工业加工中使用的碳基化合物材料。

由于实验中二氧化碳的浓度和反应量都很小,研究小组必须采用特殊步骤来直接测量一氧化碳的产生量。他们将特殊改造的气体电池支架从瞬变电磁仪连接到气相色谱质谱仪上,从而来实现一氧化碳的测定,这也使得该团队能够测量百万分之几的二氧化碳浓度。

Sharma和她的同事们还利用电子束生成的图像来测量实验过程中被侵蚀石墨的量,从而算出二氧化碳被还原了多少。他们发现,在气体电池容器出口测量的一氧化碳与二氧化碳的比率,会随着蚀刻去除碳量的增加而线性增加,电子束成像也证实了大部分碳蚀刻(代表二氧化碳的减少)发生在铝纳米颗粒附近。另外的研究表明,当实验中没有铝纳米粒子时,蚀刻的碳大约只有七分之一。

受电子束大小的限制,该团队的实验系统很小,宽度只有大约15~20 nm (一个小型病毒的大小)。Wang说,为了扩大该系统的规模,使它能够从商业发电厂的废气中去除二氧化碳,光束可能比电子束激发LSP更好。Sharma建议可以在发电厂的烟囱上方放置一种透明的内含松散碳和铝纳米颗粒的外壳,一组照射在网格上的光束将激活LSP。当废气通过该装置时,纳米粒子中的光激活LSP从而提供能量来去除二氧化碳。研究小组指出,购买的铝纳米颗粒应该均匀分布,以最大限度地与碳源和进入的二氧化碳接触。

这项新研究还表明,LSP为许多其他化学反应提供了一种方法,这类化学反应均需要大量的能量注入才能在常温和常压下使用等离子体纳米颗粒进行。Sharma说:“减少二氧化碳排放是一件大事,但如果我们可以在室温下进行许多原本需要加热才能完成的化学反应,那么节省大量能源将更有意义。”



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