تولید متان با استفاده از واکنش احیای فوتوکاتالیستی دی‌اکسید کربن در حضور فوتوکاتالیست‌های دی‌اکسید تیتانیوم اصلاح شده با نیکل و مس

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 تهران، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی شیمی و نفت

2 تهران، پژوهشگاه نیرو، گروه پژوهشی شیمی و فرآیند

چکیده

احیای فوتوکاتالیستی دی‌اکسید کربن به عنوان یکی از روش‌های نوید بخش به منظور تولید طیف گسترده‌ای از سوخت‌های تجدیدپذیر هیدروکربنی با استفاده از نور خورشید و در حضور فوتوکاتالیست‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این پژوهش نمونه‌های فوتوکاتالیست دی‌اکسید تیتانیوم دوپ شده با نیکل (0.5، 1 و 1.5 درصد وزنی ) با استفاده از روش سل ژل سنتز شدند. بعد از انجام آزمایش‏های احیای فوتوکاتالیستی دی‌اکسید کربن و یافتن درصد بهینه نیکل، نمونه دی‌اکسید تیتانیوم با یک درصد وزنی نیکل (TNi1) بالاترین میزان فعالیت فوتوکاتالیستی را از خود نشان داد. سپس با استفاده اروش تلقیح، 3 درصد وزنی مختلف (1، 2 و 3) از مس بر روی ساختار TNi1 بارگذاری شد. در نهایت نمونه بارگذاری شده با یک درصد وزنی از مس بر روی دی‌اکسید تیتانیوم دوپ شده با یک درصد وزنی از نیکل (1Cu/TNi1) بالاترین میزان فعالیت فوتوکاتالیستی را از خود نشان داد با تولید متان برابر μmol/gcat 12.6 که این مقدار تقریبا 4 برابر میزان تولید متان در حضور TiO2 خالص است. نانوفوتوکاتالیست‌های سنتز شده با استفاده از آنالیزهای پراش اشعه ایکس (XRD)، آنالیز طیف سنجی بازتاب پخشی (DRS) و آنالیز فوتولومینسانس (PL) مشخصه یابی شدند. همچنین با استفاده از روش BET سطح ویژه آن‌ها اندازه‌گیری و با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی مورفولوژی ذرات بررسی شد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Methane production by CO2 photo-reduction in the presence of TiO2 modified by Nickel and Copper

نویسندگان [English]

  • Reza Nematollahi 1
  • Afsanehsadat Larimi 2
  • Cyrus Ghotbi 1
  • Farhad Khorasheh 1
  • Mohsen Moradi 1
1 Tehran, Sharif University of Technology, Faculty of Chemical and Petroleum Engineering
2 Tehran, Niroo Research Institute, Chemistry and Process Research Group
چکیده [English]

Carbon dioxide photocatalytic reduction is one of the promising methods used to produce a wide range of renewable hydrocarbon fuels using sunlight in the presence of photocatalysts. In this study, a series of nickel-doped titanium dioxide samples (0.5, 1, and 1.5 wt%) Were synthesized by Sol-gel method. After performing photocatalytic carbon dioxide recovery experiments and finding the optimum percentage of nickel, titanium dioxide sample with 1 wt% nickel (TNi1) showed the highest photocatalytic activity. Then, by impregnation method, 3% by weight of Cu (1, 2 and 3 wt%) was loaded onto the TNi1 structure. Finally, the sample loaded with 1 wt% copper on titanium dioxide doped with 1 wt% Ni (1Cu/TNi1) showed the highest photocatalytic activity and methane production was 12.6 μmol/gcat that was about 4 times higher than the amount of methane produced in the presence of pure TiO2. The synthesized nanophotocatalysts were characterized using X-ray diffraction (XRD) analysis, diffuse reflectance spectroscopy (DRS) analysis and photoluminescence (PL) analysis. Also, their specific surface area was measured by BET method and morphology of the particles was investigated by field emission scanning electron microscopy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano-photocatalysts
  • TiO2
  • Nickel
  • Copper
  • Carbon dioxide reduction

مراجع

[1] F. Galli, M. Compagnoni, D. Vitali, C. Pirola, C.L. Bianchi, A. Villa, L. Prati, I. Rossetti. Applied Catal. B, Environ. 200 (2017) 386.
[2] J. Low, B. Cheng, J. Yu. Appl. Surf. Sci. 392 (2017) 658.
[3] A. Khalilzadeh, A. Shariati. Sol. Energy. 164 (2018) 251.
[4] L.G. Devi, N. Kottam, B.N. Murthy, S.G. Kumar. J. Mol. Catal. A Chem. 328 (2010) 44.
[5] A. Ranjitha, N. Muthukumarasamy, M. Thambidurai, D. Velauthapillai, R. Balasundaraprabhu, S. Agilan. Sol. Energy. 106 (2014) 159.
[6] A. Hajesmaili, Z. Bahrami. J. Of Applied Chemistry, 11 (2017) 91.
[7] M. Moradi, F. Khorasheh, A. Larimi. Sol. Energy. 211 (2020) 100.
[8] R. Nematollahi, C. Ghotbi, F. Khorasheh, A. Larimi. J. CO2 Util. 41 (2020) 101289.
[9] J. Zhao, Y. Li, Y. Zhu, Y. Wang, C. Wang, Applied Catalysis A. 510 (2016) 34.
[10] L. Liu, C. Zhao, T. Miller, Y. Li. J. Phys. Chem. 121 (2017) 490.
[11] N. Singhal, A. Ali, A. Vorontsov, C. Pendem, U. Kumar. Applied Catalysis A. 523 (2016) 107.
[12] O. Ola, M.M. Maroto-Valer. J. Photochem. Photobiol. C Photochem. Rev. 24 (2015) 16.
[13] M.R. Elahifard, S. Ahmadvand, A. Mirzanejad. Mater. Sci. Semicond. Process. 84 (2018) 10.
[14] M.P. Blanco-Vega, J.L. Guzmán-Mar, M. Villanueva-Rodríguez, L. Maya-Treviño, L.L. Garza-Tovar, A. Hernández-Ramírez, L. Hinojosa-Reyes. Mater. Sci. Semicond. Process. 71 (2017) 275.
[15] L.G. Devi, N. Kottam, S.G. Kumar, K.E. Rajashekhar, Preparation. Cent. Eur. J. Chem. 8 (2010) 142.
[16] G.G. Nakhate, V.S. Nikam, K.G. Kanade, S. Arbuj, B.B. Kale, J.O. Baeg. Mater. Chem. Phys. 124 (2010) 976.
[17] B.S. Kwak, K. Vignesh, N.K. Park, H.J. Ryu, J.I. Baek, M. Kang. Fuel. 143 (2015) 570.
[18] M. Tahir, B. Tahir. Appl. Surf. Sci. (2016).
[19] H.H. Tseng, M.C. Wei, S.F. Hsiung, C.W. Chiou. Chem. Eng. J. 150 (2009) 160.
[20] B. Fahimirad, A. Asghari, M. Rajabi. J. Of Applied Chemistry. 12 (2018) 57.
[21] M. Tahir, N.A.S. Amin. Appl. Catal. B Environ. 162 (2015) 98.
[22] M. Park, B.S. Kwak, S.W. Jo, M. Kang. Energy Connversion and Management 103 (2015) 431.
شیمى کاربردى روز
دوره 16، شماره 60
مهر 1400
صفحه 37-48

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار