Este método pode ajudar a responder a perguntas-chave no campo da fotossíntese artificial, como a fotoredução de dióxido de carbono ao metano. A tecnologia de concentração pode não apenas aumentar a intensidade da luz, mas também reduzir a quantidade de catalisador, bem como o volume do reator, ao mesmo tempo em que aumenta a temperatura de reação, aumentando assim a taxa de reação de fotoredução. Embora este método possa fornecer uma visão sobre a redução fotocatalítica do dióxido de carbono, ele também pode ser aplicado a outros sistemas, como a concentração de energia solar e tratamento de águas residuais.
Para preparar o dióxido de titânio por anodização dissolva 0,3 gramas de flúor de amônio e dois mililitros de água em 100 mililitros de glicol em um béquer de 200 mililitros com um agitador para formar o eletrólito. Coloque o béquer com o eletrólito em um banho de água de 45 graus celsius. Corte a folha de titânio com uma tesoura de 25 por 25 milímetros e polir a superfície da folha de titânio com um papel de areia de malha de 7000 para remover as impurezas da superfície.
Submergir a folha de titânio em um frasco volumoso contendo 15 mililitros de etanol e, em seguida, um frasco com 15 mililitros de acetona. Agora trate a folha por 15 minutos com um limpador ultrassônico. Tire a folha de titânio, enxágüe-a três a cinco vezes com a água ionizada e coloque-a em um frasco volumoso contendo 20 mililitros de etanol.
Prepare a solução de polimento em um béquer de 100 mililitros, conforme descrito no protocolo de texto. Agora retire a folha de titânio do frasco de etanol, enxágue-a três vezes com a água ionizada e coloque-a na solução de polimento por dois minutos. Retire a folha de titânio e lave-a com a água ionizada mais três vezes.
Use um clipe de jacaré anoide para segurar a folha de titânio pré-tratada e um clipe de cátodo para segurar uma folha de platina. Coloque as duas folhas cara a cara no eletrólito a uma distância de dois centímetros uma da outra. Ligue a corrente direta estabilizada fonte de energia, ajuste a tensão em 50 volts e eletrólise por 30 minutos.
Depois que a anodização terminar de desligar a energia e tirar a folha de dióxido de titânio. Submergir a folha de titânio em um frasco volumoso contendo 15 mililitros de etanol e, em seguida, transferir para um frasco com 15 mililitros de acetona. Trate a folha de titânio por 15 minutos com um limpador ultrassônico.
Após o tratamento, enxágue a folha de titânio três a cinco vezes com a água ionizada e coloque-a em cadinho de 15 mililitros. Coloque o cadinho em um forno a 60 graus Celsius por 12 horas para deixar a folha secar. Uma vez seco, calcine a folha de dióxido de titânio em um forno de muffle abaixo de 400 graus Celsius por duas horas com uma taxa de aquecimento de dois graus Celsius por minuto.
Para realizar testes catalíticos sob luz concentrada, limpe o reator em forma de cilindro inoxidável com a água ionizada. Em seguida, seque-o em um forno a 60 graus Celsius por 10 minutos para garantir que não haja interferência de outras fontes de carbono. Depois de secar no forno, adicione dois mililitros de água, um agitador e um suporte catalisador ao reator.
Coloque um vidro de quartzo com derramamentos na parte inferior do suporte e coloque os catalisadores de dióxido de titânio no centro do vidro de quartzo. Agora coloque orifício do copo térmico através de uma abertura na parede do reator e na superfície do catalisador. Adicione uma lente Fresno na parte superior do suporte e sele o reator com uma janela de vidro de quartzo.
Coloque o reator no aparelho eletromagnético e verifique o aperto de ar com nitrogênio. Alimente o dióxido de carbono no reator através de um controlador de fluxo de massa e lave o reator pelo menos três vezes para mudar o gás no reator para dióxido de carbono. Coloque a lâmpada Xenon dois centímetros diretamente acima do reator.
Ligue a lâmpada Xenon e ajuste sua corrente para 15 amperes e ligue o interruptor dos agitadores magnéticos para iniciar a reação. Regisso recorde a mudança de temperatura na superfície do catalisador e no gás. Analise o produto a cada hora usando cromatografia a gás equipada com o detector ionizado de chama e uma coluna capilar para separação de carbonos hidráulicos com um a seis carbonos.
Calcule o número de produtos pelo método de linha padrão externa. Antes de quantificar o produto construa uma curva padrão de metano. Mostrado aqui é um dispositivo para concentrar a redução fotocatalítica de dióxido de carbono.
A caracterização XRD e SEM do catalisador mostrou que o catalisador preparado era um típico nanotubo de óxido de titânio. Mostrado aqui é o catalisador sob luz natural. Sob a luz concentrada, o catalisador mostra alguns brilhantes.
Aqui o padrão de difração de raios-X é mostrado, após concentrar a irradiação de luz, para revelar mudanças na estrutura cristalina. A cristalina é claramente melhorada após a reação sob luz concentrada. O rendimento do metano é medido sob luz natural e sob concentração.
As taxas de reação do metano em diferentes catalisadores foram significativamente melhoradas sob as condições de concentração. O pré-tratamento do catalisador com gás adequado aumentaria ainda mais a taxa de produção de metano. Após este procedimento, outros métodos como fotocatálise concentrada sob a luz solar real podem ser realizados a fim de responder a perguntas adicionais como divisão fotocatalítica de água, e degradação de compostos orgânicos voláteis sob a luz solar real.
Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores do campo fotocatalítico como melhorar o comportamento de fotoredução de dióxido de carbono em um sistema fotoquímico. Não se esqueça que trabalhar com luz concentrada pode ser extremamente perigoso e precauções como googles devem ser sempre tomadas durante a realização deste procedimento.
