Валоризация израсходованного дважды замещенного Co

Том 12 научных докладов, Номер статьи: 19354 (2022) Цитировать эту статью

884 Доступа

2 цитаты

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Поиск подходящих недорогих электрокаталитических материалов для окисления метанола является серьезной проблемой. Повышение ценности отходов отработанных наноадсорбентов сточных вод является многообещающим путем к достижению принципов экономики замкнутого цикла. В этом исследовании остаток слоистого двойного гидроксида (ЛДГ) может быть использован в качестве электрокатализатора в топливных элементах прямого метанола в качестве нового подхода. Co–Ni–Zn–Fe СДГ получали методом соосаждения с последующей адсорбцией метилоранжа (МО). Кроме того, отработанный адсорбент прокаливали при различных температурах (200, 400 и 600 °С) для перевода в соответствующие смешанные оксиды металлов (ММО). Подготовленные образцы были охарактеризованы с помощью рентгеноструктурного анализа, FTIR, HRTEM, зета-потенциала и гидродинамических измерений размеров. Отработанный адсорбент был испытан в качестве электрокатализатора прямого электроокисления метанола. Отработанный адсорбент ЛДГ/МО показал максимальную плотность тока 6,66 мА/см2 при скорости сканирования 50 мВ/с и концентрации метанола 1 М. Отработанный адсорбент MMO/MO показал максимальную плотность тока 8,40 мА/см2 при температуре прокаливания 200 °C, скорости сканирования 50 мВ/с и концентрации метанола 3 М. Оба образца демонстрируют достаточную стабильность во времени, о чем свидетельствует хроноамперометрический отклик. Дальнейшая наноинженерия использованных наноадсорбентов может стать перспективным путем к повторному использованию этих отходов в качестве катализаторов электроокисления.

Производство энергии экологически чистым и устойчивым образом является одной из главных мировых проблем. Топливные элементы привлекли большое внимание в сфере производства электроэнергии по сравнению с другими стандартными устройствами хранения энергии из-за их уникальных характеристик, таких как низкая стоимость, низкий уровень выбросов, инновационное загрязнение смогом и простая конструкция1. Технологии топливных элементов представляют собой чистый метод производства электрической энергии из накопленной химической энергии с высокой эффективностью прямого преобразования и небольшим загрязнением окружающей среды2. Топливные элементы с прямым метанолом (DMFC) являются многообещающими источниками энергии для таких применений, как электромобили и портативные электронные устройства. Низкая рабочая температура, простота транспортировки и хранения топлива, высокая энергоэффективность и быстрый запуск — это лишь некоторые из преимуществ метанола в качестве топлива3. Платина является наиболее часто используемым анодным катализатором DMFC, поскольку она обладает превосходной электрокаталитической активностью в отношении метанола и долгосрочной стабильностью в растворе электролита. Однако платина дорогая и быстро отравляется CO или другими углеродистыми промежуточными продуктами, что приводит к снижению электрокаталитических характеристик4,5.

Благодаря высокому соотношению площади поверхности к объему, необычной структуре и привлекательным физико-химическим свойствам наноматериалы представляют интерес для изучения электрохимии6. Синтезировано значительное количество атомарно тонких 2D-материалов, включающих халькогениды металлов, фосфорен, нитрид бора и слоистые двойные гидроксиды (СДГ)7. СДГ в основном состоят из положительно заряженных слоев металлических гидроксидов, подобных бруситу, разделенных слабосвязанными интеркалирующими гидратными анионами, которые обычно обозначаются как [M(1-x)2+M(x)3+(OH)2]x+[An −]x/n·mH2O, где M2+ и M3+ — катионы двухвалентных и трехвалентных металлов соответственно, а An− — анион, уравновешивающий заряд8. Остаток ЛДГ можно использовать в качестве электрокатализатора в топливных элементах прямого метанола (DMFC) в качестве нового подхода9. Повышение ценности отходов было признано одним из оптимальных путей достижения и реализации стратегий и этапов экономики замкнутого цикла10. Повышение ценности отходов предлагает устойчивый подход к смягчению негативного воздействия муниципальных и промышленных отходов на окружающую среду11. Одним из сложных источников промышленных отходов являются отработанные наноадсорбенты, насыщенные различными видами загрязнителей. Основным источником загрязнения воды являются органические красители, выделяющиеся из промышленных отходов, которые чрезвычайно вредны из-за своей канцерогенной природы12. Разработано несколько методов удаления биологических и водных загрязнителей из окружающей среды и бытовых сточных вод13. Исследование новых путей повторного использования отработанных адсорбентов — это постоянная и сложная задача, решение которой требует значительных усилий. Риал и др.14. Недавно были рассмотрены опубликованные подходы к повышению эффективности адсорбентов отработанных сточных вод. Такие подходы включают их переработку в качестве катализаторов химического синтеза, повторное применение в качестве дополнительных адсорбентов для других загрязнителей, их использование в качестве цементирующих наполнителей и/или их использование в различных промышленных целях14.