Fotokatalystisk hydrogenproduksjon gjennom fotoreforming av hydrokarboner

Abstract

Hensikten med dette prosjektet var å undersøke Cu-TiO2 som fotokatalysator for fotoreforming av metanol. Dette er en prosess der hydrogen blir produsert fra metanol i vannløsning ved hjelp av UV-lys og en fotokatalysator. Denne prosessen renser også vannet, men for at prosessen skal få noen realistisk nytte må den optimeres og de dyre edelmetallene som for øyeblikket gir best resultater som ko-katalysatorer, må byttes ut. Kobber/kobberoksid er valgt som ko-katalysator i dette prosjektet fordi det er relativt billig og tilgjengelig. Denne prosessen kan gjøres miløvennlig og CO2 nøytral ved å bruke sola som lyskilde og biomasse som hydrokarbonkilde. \\En rekke fotoreforming eksperimenter ble utført for å kartlegge kobber-innholdet sin effekt på aktiveten til fotokatalysatoren og for å finne det optimale kobber innholdet. Videre ble det eksperimentert med å bruke forksjellige mengder katalysator i reaktoren for å finne ut hvilken effekt katalysatormengde har på hydrogen produksjonen. Deaktivering ble også undersøkt ved å se på den fallende hydrogenproduksjon og ved å førsøke å reaktivere katalysatoren. Til slutt ble det utført BET analyse på de forksjellige katalysatorene for å finne ut hvilken effekt kobber innholdet og produksjonsmeteoden har på overflate arealet til katalysator pulveret. \\Fem forskjellige katalysatorer ble fremstilt ved \textit{Incipient Wetness Impregnation} (IWI) metoden med forskjellige kobber-innhold mellom 0 og 10 masseprosent. Det var overraskende liten forskjell på de forskjellige fotokatalysatorenes evne til å produsere hydrogen, med unntakk av den kobberfrie katalysatoren som ikke produserte noen detekterbar mengde i det hele tatt. Ved små mengder katalysator ble hydrogen produksjonen funnet til å være tilnærmet lineært avhengig av katalysormengden i reaktoren, mens ved større mengder flatet kurven ut. Den optimale katalysatormengden for dette systemet ble oppdaget til å være på rundt 500 mg, som tilsvarer 1 g/l. Ved denne katalysatormengden ble maksimale hydrogenproduksjonen mål til å være 3,05 mmol/gcat h ved bruk av 10 m.\% CuO på TiO2 og energieffektiviteten ble beregnet til å være på 0.41 %.\\ Ved å fornye væskefasen til systemet ble mye av den tapte hydrogenproduksjon gjenopprettet, noe som tyder på at akkumelering av biprodukter er den dominerende årsaken til deaktivering. Det ble også oppdaget at fotoreformings reaksjonen fører til en viss redusering av CuO til metallisk Cu. Videre ble det ved BET målinger også oppdaget at selve IWI metoden etterfulgt av kalsinering ikke hadde noen innvirkning på det spesifikke overflatearealet til fotokatalysatoren, mens økende innhold av CuO reduserte det spesifikke overflatearealet.