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西班牙利用3D打印技術(shù)研發(fā)高級催化劑 可用于凈化燃料電池中的氫

文字:[大][中][小] 手機(jī)頁面二維碼 2020-8-11     瀏覽次數(shù):    

蓋世汽車訊 事實證明,3D打印機(jī)的應(yīng)用比最初設(shè)計出來的用途要多得多。據(jù)外媒報道,西班牙阿利坎特大學(xué)(University of Alicante)就在利用3D打印機(jī)設(shè)計和制造高級催化劑,用于減少溫室氣體排放的環(huán)境應(yīng)用,以及凈化燃料電池所需的氫氣等能源應(yīng)用。事實上,此類設(shè)備也被認(rèn)為是一種環(huán)保的替代品,可以取代傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機(jī)。

(圖片來源:阿利坎特大學(xué))

得益于阿利坎特大學(xué)無機(jī)化學(xué)教授Agustín Bueno López和Dolores Lozano Castelló領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員所研發(fā)的一種利用3D打印設(shè)計和生產(chǎn)高級催化劑的新方法,上述應(yīng)用得以實現(xiàn)。目前,研究人員還對該技術(shù)申請了專利。

(圖片來源:阿利坎特大學(xué))

科學(xué)家們已經(jīng)證明,3D打印機(jī)是一種便宜、快速且多功能的替代方案,可用于設(shè)計和生產(chǎn)催化劑的組成部分——整體式催化劑的內(nèi)部。

整體式催化劑,如“蜂巢”催化劑,在工業(yè)和發(fā)動機(jī)的多相催化反應(yīng)中被用于給催化劑提供支持。在此類反應(yīng)中,相互作用的氣體和作為催化劑的固體或灰塵起著主要作用。此兩種物質(zhì)會參與到整體式催化劑的化學(xué)反應(yīng)中,將有毒氣體轉(zhuǎn)化為無毒氣體,或制成所需的最終產(chǎn)品。

(圖片來源:阿利坎特大學(xué))

目前,需要利用擠壓法獲取整體式催化劑,因此只能獲取具有并行通道的整體式催化劑。由于改進(jìn)了對灰塵的使用,固體得以在整體式催化劑的幾何結(jié)構(gòu)中沉積,從而改善化學(xué)反應(yīng)。這正是利用阿利坎特大學(xué)專利方法所取得的成果,該方法包括利用3D打印技術(shù)設(shè)計和制造具有先進(jìn)通道設(shè)計的催化劑,以取代標(biāo)準(zhǔn)的擠壓法。

用作催化劑的粉末成本很高,因此需要采用更加便宜的方法。此種材料作為催化劑的活性相,由阿利坎特大學(xué)研究小組在實驗室中合成。Agustín Bueno解釋道,此種粉末非常昂貴,儲量也不豐富,主要成分是鉑、鈀、銠或氧化鈰等金屬。因此,在具有幾何形狀和先進(jìn)設(shè)計的整體式催化劑中制造內(nèi)部通道非常重要。

在此類多相催化應(yīng)用中,關(guān)鍵的是要優(yōu)化氣體和固體之間的接觸,這一問題已經(jīng)被該研究小組解決。Dolores Lozano表示,3D打印發(fā)能夠利用陶瓷、碳、聚合物等新成分以及新通道設(shè)計生產(chǎn)整體式催化劑。目前,不僅利用擠壓法制出并行通道,還憑靠先進(jìn)設(shè)計,得以設(shè)計和研發(fā)出針對多相催化反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化的催化劑,在此類反應(yīng)中,反應(yīng)物處于氣相,從而可以改進(jìn)所采用的傳統(tǒng)催化劑。

此種催化劑可用于二氧化碳甲烷化反應(yīng),因而可以減少溫室氣體排放。而且現(xiàn)在轉(zhuǎn)化和使用二氧化碳對于減少溫室氣體排放,是一種很有吸引力和前景的解決方案。Agustín Bueno還解釋了,該研究小組如何利用3D打印設(shè)計和制成先進(jìn)催化劑,成功提升了二氧化碳甲烷化的速度。

此外,選擇性氧化一氧化碳是一種必要的反應(yīng),可用于凈化燃料電池中的氫。此種類型的裝置被認(rèn)為是一種環(huán)保替代品,可取代傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。

阿利坎特大學(xué)利用3D打印設(shè)計生產(chǎn)的催化劑,能夠優(yōu)化其成分和幾何結(jié)構(gòu)、優(yōu)化合成催化劑在一氧化碳選擇性氧化時的表現(xiàn),而且工作效率更高,可在150攝氏度以下工作。

來源:蓋世汽車

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