Wetenschap
Onderzoekers realiseren waterstofvorming door contactelektrificatie van watermicrodruppeltjes en de regulering ervan
Direct gebruik van water als bron van waterstofatomen en moleculen is van fundamenteel belang voor de evolutie van het ecosysteem en de industrie. Vloeibaar water is echter een ongunstige elektronendonor voor de vorming van deze waterstofsoorten vanwege de redox-inertie.
Een onderzoeksgroep onder leiding van prof. Wang Feng en Assoc. Prof. Jia Xiuquan van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), in samenwerking met de groep van prof. Richard N. Zare van Stanford University, heeft waterstofvorming gerealiseerd door contactelektrificatie bij olie-water microdruppels interfaces en de regulering ervan. Het onderzoek is gepubliceerd in Journal of the American Chemical Society .
Er is aangetoond dat watermicrodruppeltjes een hoog elektrisch veld bezitten op het grensvlak van microdruppeltjes, wat voldoende is om OH - te ioniseren spontaan vrije elektronen produceren. Daaropvolgende ladingsoverdracht kan leiden tot een verscheidenheid aan essentiële hydrogeneringsreacties.
In deze studie vonden de onderzoekers door middel van verneveling een duidelijke ladingsscheiding tussen olie-watermicrodruppels van verschillende groottes. Vergeleken met microdruppeltjes van zuiver water werd de ladingsscheiding van olieachtige waterige microdruppeltjes verbeterd dankzij de olie-gemedieerde extractie van elektronen uit gesproeide microdruppeltjes, waardoor de vorming van waterstofsoorten werd bevorderd. Er werd voorgesteld om de waterstofvorming te laten plaatsvinden door contactelektrificatie en ladingsneutralisatie op de grensvlakken van olie-watermicrodruppels.
Dit mechanisme werd geverifieerd door oppervlakteactieve stoffen toe te voegen om de water-olie-grensvlakken te verstoren, waardoor zowel de ladingsscheiding als de waterstofontwikkelingsactiviteit werden onderdrukt.
Bovendien ontdekten de onderzoekers dat de reductieve waterstofsoort verder zou kunnen leiden tot een in-situ CO2 Hydrogeneringsproces dat bij normale temperatuur wordt uitgevoerd voor selectieve vorming van CO, waarbij water als waterstofbron wordt gebruikt.
Grote hoeveelheden waterbronnen zijn onderhevig aan vervuiling veroorzaakt door olielekken, lozingen van oliehoudend afvalwater, enz. Traditionele afvalwaterzuiveringstechnologie resulteert altijd in aanzienlijke koolstofemissies. Uit dit onderzoek blijkt dat het mogelijk is om het upcyclen van oliehoudend afvalwater te realiseren door het besproeien van een olie-water-emulsie om H2 te genereren. uit water, dat het behandelingsproces van olieachtig afvalwater zou kunnen transformeren in een levensvatbaar traject voor koolstofvastlegging.