Catalyst for the carbon-free production of hydrogen gas from ammonia

Credit: Katsutoshi Nagaoka

(Phys.org) Όξινη έχει τη δυνατότητα να παρέχει μία εναλλακτική, καθαρή πηγή ενέργειας, ιδιαίτερα όπως εφαρμόζεται τεχνολογίας των κυττάρων για να τροφοδοτήσουν. Τρέχουσες πηγές καυσίμων συνεπάγονται περιέχει άνθρακα ορυκτά καύσιμα ή οργανικά μόρια που περιέχουν άνθρακα, που έχουν σαν αποτέλεσμα την παραγωγή περίσσειας CO 2 , ένα αέριο του θερμοκηπίου. Αρκετές πρωτοβουλίες, συμπεριλαμβανομένης μιας εθνικής πρωτοβουλίας στην Ιαπωνία, επιδιώκει να δημιουργήσει μια κοινωνία χρήση χαμηλών εκπομπών άνθρακα, χρησιμοποιώντας εναλλακτικές πηγές καυσίμων.

Η πρωτοβουλία φορέων ενέργειας στην Ιαπωνία είναι ένα εθνικό έργο που είναι ειδικά αναζητούν τρόπους για να αποθηκεύσετε αποτελεσματικά και υδρογόνο μεταφοράς. Ένας τρόπος να γίνει αυτό είναι να χρησιμοποιηθεί αμμωνία ως πηγή υδρογόνου. Ωστόσο, η ανακάλυψη μιας αποτελεσματικής διαδικασίας για τη διάσπαση της αμμωνίας έχει αποδειχθεί δύσκολη, σε μεγάλο βαθμό επειδή η καταλυτική διαδικασία για να σπάσει την αμμωνία απαιτεί τη συνεχή προσθήκη της θερμότητας, η οποία μπορεί να είναι απαγορευτικά ακριβό.

Katsutoshi Nagaoka, Takaaki Eboshi, Yuma Takeishi, Ryo ξεκινήσουν την δουλειά, Κιότο Honda, Kazuya Imamura, και Katsutoshi Sato του Πανεπιστημίου Oita στην Ιαπωνία έχουν αναπτύξει μια μέθοδο που χρησιμοποιεί μία νέα καταλύτη για την παραγωγή υδρογόνου από αμμωνία χωρίς την προσθήκη εξωτερικής θερμότητας μέσω του καταλυτικού κύκλου. Το έργο τους εμφανίζεται σε Προκαταβολές Science .

Η αποσύνθεση της αμμωνίας σε υδρογόνο και άζωτο είναι μια ενδόθερμη διαδικασία, πράγμα που σημαίνει ότι απαιτεί την προσθήκη ενέργειας για να ληφθούν προϊόντα. Αυτό σημαίνει ότι οι παραδοσιακές καταλυτικές αντιδράσεις αποσύνθεσης απαιτούν την προσθήκη μιας μεγάλης ποσότητας θερμότητας για να ληφθεί ένα χρήσιμο ποσό του αερίου υδρογόνου.

Nagaoka et αϊ. ανέπτυξε ένα καταλύτη που είναι κατασκευασμένο από ένα RUO 2 νανοσωματίδιο υποστηρίζεται επί γ-Al 2 O 3 κλίνη καταλύτη. Μετά από καθαρισμό του καταλύτη τους από Η 2 Ο και CO 2 , αμμωνία και οξυγόνο προστέθηκαν στο δοχείο αντίδρασης, όπου αμμωνία προσροφάται επί της καταλυτική επιφάνεια, με αποτέλεσμα την αύξηση της θερμοκρασίας. Αυτή η αύξηση της θερμοκρασίας καταλύεται την οξειδωτική αποσύνθεση της αμμωνίας, μια εξώθερμη διαδικασία. Αυτό θερμάνθηκε μέχρι την αντίδραση, η οποία με τη σειρά της, με την προϋπόθεση την ενέργεια για την ενδοθερμική αποσύνθεση της αμμωνίας σε υδρογόνο και άζωτο.

Ο καταλύτης προ-επεξεργασίας έκανε απαιτούν θέρμανση για την απομάκρυνση του νερού και διοξειδίου του άνθρακα, αλλά αυτό δεν απαιτεί μετέπειτα εκ νέου θέρμανση. Δοκιμές σε ποδηλασία καταλύτη έδειξε ότι μετά την αρχική προ-επεξεργασία του RUO 2 / γ-Al 2 O 3 καταλύτη με ήλιο στους 300 o C, ο καταλύτης ήταν σε θέση να κύκλο τρεις φορές και εξακολουθούν να παράγουν υδρογόνο σε μέγιστες αποδόσεις. Επιπλέον, αυτές οι μελέτες περιελάμβαναν οξειδωτική παθητικοποίησης για να εξασφαλιστεί ότι δεν θερμότητας παρήχθη από την οξείδωση του Ru σε RUO 2 . Στην πράξη, η οξειδωτική αδρανοποίηση δεν θα είναι απαραίτητη. Έτσι, ακόμα κι αν απαιτείται θέρμανση να προ-θεραπεία του καταλύτη, η θέρμανση δεν απαιτείται για επιπλέον κύκλους του καταλύτη.

Σε μια προσπάθεια να γίνει κατανοητό πώς η RUO 2 / γ-Al 2 O 3 λειτουργεί καταλύτη, Nagaoka et αϊ. σύγκριση της μέγιστης θερμοκρασίας καταλυτική κλίνη που προκύπτει από την αυτο-θέρμανση του RUO 2 / γ-Al 2 O 3 έως RUO 2 / La 2 O 3 , ένα γνωστό καταλύτη αποσύνθεσης αμμωνίας. Βρήκαν ότι ο καταλύτης με βάση αργίλιο θερμανθεί σε μία μέγιστη θερμοκρασία των 97 o C, ενώ ο καταλύτης λανθανίου που βασίζεται θερμανθεί σε μία μέγιστη θερμοκρασία των 53 o C. Αυτό είναι σημαντικό επειδή η θερμοκρασία αυτανάφλεξης για την οξειδωτική καύση της αμμωνίας είναι 90 o C, και εξηγεί γιατί καλύτερες αποδόσεις αντιδράσεως παρατηρήθηκαν με RUO 2 / γ-Al 2 O 3 .

Οι συγγραφείς επισημαίνουν ότι αυτή η διαφορά στη θερμοκρασία προσρόφησης είναι πιθανό να οφείλεται στην ευνοϊκή αλληλεπίδραση μεταξύ αμμωνίας, ένα βασικό μόριο, και Al 2 O 3 , το οποίο είναι ένα οξύ κατά Lewis. La 2 O 3 , από την άλλη πλευρά, είναι μια βάση Lewis.

Επιπλέον, οι συγγραφείς εξέτασαν τη διαφορά μεταξύ χρησιμοποιώντας γυμνά γ-Al 2 O 3 ως καταλύτη και RUO 2 / γ-Al 2 O 3 . Βρήκαν ότι το 90% της αμμωνίας προσροφά επί γυμνά γ-Al2O3 σε σύγκριση με την κλίνη του καταλύτη και του RUO 2 νανοσωματιδίων. Αυτό συνεπάγεται ότι η αμμωνία είναι με χημικό τρόπο επί του νανοσωματιδίου και γ-Al 2 O 3 , η οποία στη συνέχεια προωθεί πολυστρωματικές φυσιορόφηση.

Συνολικά, αυτός ο τύπος του καταλύτη είναι χρήσιμη για την παροχή αρκετή θερμότητα για να ξεπεραστούν τα αναγκαία απαιτήσεις θερμότητας για την ενδοθερμική αποσύνθεση της αμμωνίας σε υδρογόνο και αέριο άζωτο. Αυτή η μελέτη δείχνει ότι η αυτο-θέρμανσης κατάλυση είναι μια βιώσιμη επιλογή για την εξερεύνηση λύσεων στις πρακτικές δυσκολίες στη χρήση αμμωνίας ως υδρογόνο πηγή καυσίμου.

Εξερευνήστε περαιτέρω: Ανακάλυψη ενός εύκολης διαδικασίας για την παραγωγή Η2 χρησιμοποιώντας αμμωνία ως φορέα

Περισσότερες πληροφορίες: Katsutoshi Nagaoka et αϊ. Χωρίς άνθρακα Hproduction από αμμωνία ενεργοποιείται σε θερμοκρασία δωματίου με ένα όξινο RUO / γ-AlOcatalyst, Science Advances (2017). DOI: 10.1126 / sciadv.1602747

Περίληψη
Αμμωνία έχει προταθεί ως πηγή υδρογόνου χωρίς άνθρακα, αλλά μια βολική μέθοδος για την παραγωγή υδρογόνου από αμμωνία με ταχεία έναρξη δεν έχει αναπτυχθεί. Στην ιδανική περίπτωση, η μέθοδος αυτή απαιτεί καμία εξωτερική εισροή ενέργειας. Έχουμε αποδείξει την παραγωγή υδρογόνου δι 'εκθέσεως αμμωνία και O2 σε θερμοκρασία δωματίου σε ένα όξινο καταλύτη RuO2 / γ-Al2O3. Λόγω προσρόφηση αμμωνίας επί του καταλύτη είναι εξώθερμη, η κλίνη του καταλύτη θερμαίνεται γρήγορα στην καταλυτική θερμοκρασία αυτοανάφλεξης αμμωνία, και επακόλουθη οξειδωτική αποσύνθεση της αμμωνίας παράγει υδρογόνο. Ένα διαφορικό θερμιδόμετρο συνδυάζεται με μία ογκομετρική αναλυτή προσρόφηση αερίου αποκάλυψε μια μεγάλη ποσότητα θερμότητας εξελίχθηκε τόσο με χημειορόφηση της αμμωνίας πάνω RuO2 και όξινες θέσεις σχετικά με την γ-Al2O3 και με φυσιορόφηση πολλαπλών μορίων αμμωνίας.



Εφημερίδα αναφοράς: Προκαταβολές Επιστήμη



Read more at: https://phys.org/news/2017-05-catalyst-carbon-free-production-hydrogen-gas.html#jCp