Quy trình xúc tác plasma tiên phong để hydro hóa CO₂ thành methanol trong điều kiện môi trường xung quanh
của Đại học Liverpool
Nguồn: Chem (2024). DOI: 10.1016/j.chempr.2024.06.022
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Liverpool đã đạt được một cột mốc quan trọng trong việc chuyển đổi carbon dioxide (CO2) thành nhiên liệu và hóa chất có giá trị, đánh dấu một bước tiến quan trọng hướng tới nền kinh tế phát thải ròng bằng không bền vững.
Trong một bài báo được công bố trên tạp chí Chem, nhóm nghiên cứu đã báo cáo một quy trình xúc tác plasma tiên phong để hydro hóa CO2 thành methanol ở nhiệt độ phòng và áp suất khí quyển.
Bước đột phá này giải quyết những hạn chế của xúc tác nhiệt truyền thống, thường đòi hỏi nhiệt độ và áp suất cao, dẫn đến chuyển đổi CO2 và sản lượng methanol thấp.
Quy trình mới sử dụng chất xúc tác Ni-Co lưỡng kim trong lò phản ứng plasma không nhiệt để đạt được độ chọn lọc ấn tượng 46% cho methanol và chuyển đổi 24% CO2 ở 35 °C và 0,1 MPa.
Plasma không nhiệt, một loại khí ion hóa chứa các electron năng lượng cao và các chất phản ứng, có thể kích hoạt các liên kết hóa học mạnh của các phân tử trơ như CO2, tạo điều kiện cho các phản ứng hóa học trong điều kiện nhẹ nhàng.
Ngoài ra, các hệ thống mô-đun dựa trên plasma có thể được bật và tắt ngay lập tức, mang lại sự linh hoạt tuyệt vời để sử dụng điện tái tạo không liên tục cho sản xuất nhiên liệu và hóa chất phi tập trung.
Giáo sư Xin Tu, Trưởng khoa Xúc tác Plasma tại Đại học Liverpool, cho biết, "Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh rằng xúc tác plasma cung cấp một giải pháp linh hoạt và phi tập trung cho quá trình hydro hóa CO2 thành methanol trong điều kiện môi trường xung quanh.
"Đánh giá kinh tế kỹ thuật gần đây của chúng tôi cũng cho thấy rằng quy trình này có thể giảm đáng kể chi phí vốn so với các quy trình CO2 thành methanol xúc tác nhiệt truyền thống, cung cấp một lộ trình khả thi để sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong quá trình sản xuất nhiên liệu tổng hợp".
Đặc tính hồng ngoại biến đổi Fourier kết hợp plasma tại chỗ (FTIR) và các phép tính lý thuyết mật độ hàm (DFT) cho thấy giao diện Ni-Co lưỡng kim là trung tâm hoạt động chính để tổng hợp methanol, với quá trình hấp phụ và hydro hóa CO2 xảy ra thông qua cơ chế Eley-Rideal (E-R) để tạo ra nhiều chất trung gian.
Ngoài ra, cả tuyến đường formate và carboxyl đều đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành methanol, trong khi các con đường chuyển dịch ngược nước-khí (RWGS) và hydro hóa CO được phát hiện là kém thuận lợi hơn tại các vị trí Ni-Co.
Việc kiểm soát chính xác các vị trí Ni-Co trong chất xúc tác lưỡng kim có triển vọng đáng kể trong việc điều chỉnh trọng lượng của từng con đường phản ứng bằng cách thúc đẩy sự hấp phụ không đối xứng của các phân tử CO2 tại các giao diện lưỡng kim, do đó điều chỉnh hiệu quả sự phân phối sản phẩm.
Nghiên cứu này nhấn mạnh tiềm năng đáng kể của xúc tác plasma như một công nghệ điện khí hóa mới nổi để chuyển đổi CO2 bền vững và sản xuất nhiên liệu. Khả năng thực hiện các phản ứng này ở điều kiện môi trường xung quanh bằng cách sử dụng hệ thống plasma có thể mở rộng và mô-đun là một giải pháp thay thế hấp dẫn cho ngành công nghiệp hóa chất.
Hơn nữa, các hệ thống dựa trên plasma có thể được cung cấp năng lượng bằng điện tái tạo không liên tục, tăng cường tính khả thi của sản xuất nhiên liệu và hóa chất phi tập trung.
Công trình tiên phong này là một bước tiến lớn trong lĩnh vực chuyển đổi CO2 xúc tác và mở ra những hướng đi đầy hứa hẹn cho các ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu trong tương lai để đáp ứng thách thức về một tương lai bền vững.
Nhóm nghiên cứu của Đại học Liverpool là đơn vị đi đầu trong lĩnh vực xúc tác plasma và cũng đã có những tiến bộ tiên phong trong việc chuyển đổi xúc tác plasma của CO2 thành các nhiên liệu và hóa chất khác. Ví dụ, họ đã phát triển các quy trình plasma đầy hứa hẹn để metan hóa CO2 và chuyển đổi khí sinh học một bước thành metanol và đã nộp ba bằng sáng chế PCT trong lĩnh vực này.
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
