Sowohl die katalytische Verbrennung (CC) als auch die chemische Schleifenverbrennung (CLC) sind vielversprechende Technologien zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung von CO2 bei der Behandlung von Stahlerzeugungsabgasen (CO).
Kürzlich haben Forscher des Instituts für Mechanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (IMCAS), der Tianjin University of Science and Technology und der Aalto University neue Einblicke in den mikroskopischen Reaktionsmechanismus von CO in CC- und CLC-Prozessen über dem kubischen Cu2O-Katalysator geliefert.
Die Ergebnisse wurden in veröffentlicht Angewandte Katalyse B: Umwelt.
Die Forscher verglichen das Evolutionsverhalten und die quantitativen Reaktionsmechanismen des würfelförmigen Cu2O-Modellkatalysators für CC- und CLC-Reaktionen. Sie fanden heraus, dass Cu2O-CC eine höhere Aktivität und Stabilität als Cu2O-CLC aufwies.
Die typischen Charakterisierungsergebnisse legten nahe, dass das einzige oberflächeninstabile Cu2O zu CuO oxidiert wurde, was einen hervorragenden synergistischen Effekt der Metalloxid-Grenzfläche zwischen Cu+/Cu2+ und aktiven Gittersauerstoffspezies für die Cu2O-CC-Reaktion zeigt. Die CLC-Reaktion verursachte jedoch den Zusammenbruch der Cu2O-Struktur und dann eine geringe Stabilität und Agglomeration von CuOx-Spezies.
Die Forscher schlugen drei verschiedene aktive Sauerstoffspezies (Oberflächenzyklus-Gitter-Sauerstoff, Bulk-Gitter-Sauerstoff und adsorbierter Sauerstoff) und detaillierte Reaktionswege vor.
Die Ergebnisse zeigten, dass die intrinsische Aktivität des Gittersauerstoffs im Oberflächenzyklus in Bezug auf die Umsatzfrequenz und die leichte Bildung von C16O18O an der kubischen Grenzfläche von Cu2O-CC durch adsorbiertes CO während des CC-Prozesses höher war.
Diese Ergebnisse können uns helfen, den tatsächlichen Oberflächenreaktionsprozess auf kubischen Cu2O-Katalysatoren in CC- und CLC-Prozessen besser zu verstehen, und theoretische Unterstützung für das fortschrittliche Katalysatordesign und die Erforschung intrinsischer Mechanismen für CC- und CLC-Prozesse liefern.
Running Kang et al., Evolutionsverhalten und Aktivsauerstoffquantifizierung des Reaktionsmechanismus auf Cu2O-Würfeln für selbsterhaltende katalytische CO-Verbrennung und chemische Schleifenverbrennung, Angewandte Katalyse B: Umwelt (2022). DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121296