Reciclarea CO2 Prin Reducere a Cu Formare de Acizi Carboxilici

8/3/2019 Reciclarea CO2 Prin Reducere a Cu Formare de Acizi Carboxilici

http://slidepdf.com/reader/full/reciclarea-co2-prin-reducere-a-cu-formare-de-acizi-carboxilici 1/20

Reciclarea CO2 prin reducere catalitica cu formarede acizi carboxilici (formic, oxalic)

Toma Ana-MariaIMPM I



Cuprins :

1. Introducere 3

1.1. Importanta CO2 - utilizări 3

1.2. Resurse 5

1.3. Caracterizare fizico – chimica 6

1.3.1. Proprietăţi fizice 6

1.3.2. Proprietăţi chimice 9

2. Conversia / reciclarea CO2 10

3. Metode electrochimice 11

3.1.Descrierea procesului 11

3.1.1. Materii prime 11

3.1.2. Natura si tipul de electrozi folosiţi 11

3.1.3. Soluţia de electrolit 13

3.1.4. Parametrii electrosintezei 13

3.1.4.1. Tipuri de reactoare electrochimice folosite 13

3.1.4.2. Modul de operare 15

3.1.4.3. Prelucrarea produsilor de electroreducere 19

4. Calcule

5. Concluzii

6. Bibliografie

of 20



1. Introducere

1.1 Importanta CO2-utilizari

Dioxidul de carbon se utilizează in diferite domenii printre care industria alimentara, a

uleiurilor si a producerii de chimicale. Este utilizat in produse de consum care necesita gaz sub

presiune deoarece este ieftin, nu arde si trece printr-o stare de tranziţie de la gaz la lichid la

temperatura camerei la 59 de atmosfere, ceea ce duce la creşterea cantităţii ce poate fi stocata

intr-un container. Vestele de salvare pot conţine rezervoare mici de CO2 sub presiune pentru a

se umfla rapid. Capsulele de aluminiu utilizate la pistoalele cu aer comprimat cum sunt cele de

airsoft sau paintball conţin dioxid de carbon comprimat. CO2 se mai utilizează la obţinerea apei

carbogazoase. Proprietatea de a se vaporiza rapid a dioxidului de carbon lichid, se utilizează la

exploziile controlate din minele de carbune.

In industria băuturilor, dioxidul de carbon este utilizat pentru producerea băuturilor

carbogazoase. Iniţial, carbonatarea berii si a vinului spumant avea loc printr-un proces natural

de fermentatie, dar din ce in ce mai mulţi producători, introduc CO 2 pentru o carbonatare

artificiala.

In cazul berii îmbuteliate sau care se livrează în butoaie, carbonatarea artificiala este ceamai utilizata metoda.

In industria alimentara, exista chiar un sortiment de bomboane, numite Pop Rocks, care

contin CO2 la presiune de aproximativ 40 bari. Odată introdus in gura, se dizolva si eliberează

gazul, cu un sunet specific.

Agenţii de afânare cum ar fi bicarbonatul de sodiu, produc dioxid de carbon ceea ce duce

la „creşterea aluatului’.

In sistemele pneumatice, CO2 este cel mai frecvent utilizat gaz de compresie. De

asemenea, se utilizează in stingătoarele de incendiu, mai ales in cele pentru circuite electrice sau

lichide inflamabile in cantităţi mici.

Dioxidul de carbon mai poate fi utilizat in sudura, pentru realizarea atmosferei inerte,

deşi in cazul sudurii prin arc electric, poate reacţiona prin a oxida metalele. In industria

automobilelor se realizează suduri sub atmosfera de CO2, care este mai ieftin decât alte gaze

of 20



inerte, deşi se cunoaşte ca in timp, punctele de sudura cedează deoarece se formează acid

carbonic.

In industria farmaceutica si chimica, CO2 lichid este un solvent bun pentru mulţi compuşi

organici liofili si este utilizat in extracţia cafeinei din cafea. Dioxidul de carbon reprezintă o

alternativa mai puţin toxica pentru solvenţii tradiţionali cum ar fi compuşii organocloruraţi, de

aceea unele cur ăţătorii chimice îl utilizează in acest scop. In general, este utilizat ca materie

prima la obţinerea de uree, carbonaţi si bicarbonaţi si salicilatului de sodiu.

In agricultura, este folosit ca adjuvant in creşterea plantelor, fiind introdus in sere pentru

a îmbunătăţi conţinutul de CO2 din atmosfera necesar plantelor pentru fotosinteza.

In medicina, se adăuga dioxid de carbon 5% (de 130 ori mai mult decât concentraţia

atmosferica normala) in oxigen, pentru stimularea respiraţiei după apnee si pentru a stabiliza

echilibrul O2/CO2 din sânge.

Dioxidul de carbon se utilizează la recuperarea uleiurilor industriale, proces in care este

injectat in uleiuri, in condiţii supercritice. Funcţionează ca agent de presiune dar si ca reducător

de vâscozitate, la dizolvarea in ulei.

Dioxidul de carbon acţionează ca un refrigerent, atât in stare lichida cat si solida, mai ales

in industria alimentara pentru transporturile mici.

Sub forma solida, dioxidul de carbon se utilizează la răcirea strugurilor proaspăt culeşi,

pentru a împiedica fermentaţia, in industria vinului. CO2 solid este preferat gheţii deoarece nu semai adaugă apa adiţionala care ar putea micşora concentraţia de zahar din must si respectiv nu

scade concentraţia de alcool din produsul final.

Dioxidul de carbon poate fi utilizat la controlul pH-ului din piscine, prin adaugarea

continua de gaz in apa; metoda este mai avantajoasa decât cea care presupune manipularea de

alţi acizi [1].

of 20



1.2 Resurse

Carbonul, primul element al grupei 14 (IV A) are configuraţia electronica 1 s2 2s2 2p2. El

prezintă mai multe stări alotropice. In stare pura, cristalizează sub forma de reţele de tip diamant

sau grafit. Pe cale artificiala s-a obţinut o forma alotropica, C60 denumita fulerena. Impur, el

formează numeroase varietăţi de cărbuni naturali (huila, antracit, lignit, cărbune brun, turba) sau

varietăţi artificiale (negru de fum, cărbune de lemn, cocs, cărbune de oase, cărbune activ) si

fibre de carbon.

Carbonul natural este format dintr-un amestec de doi izotopi stabili : 126 C (98,89%) si

136C (1,11%) si o cantitate foarte mica de 14

6C β- radioactiv cu T = 5763a. Pe cale artificiala au

fost sintetizati 6 radioizotopi dintre care 3 sunt β+ - activi : 96C (T = 126.5ms); 10

6C (T=19.3s);

116C (T = 20.3min) iar restul sunt β- - activi : 146C (T = 5763a); 156C (T= 2.46s) si 166C (T=0.74s).

Carbonul este unul dintre cele patru bioelemente constitutive (H,O, C, N) implicate in

mod esenţial in structura si funcţionalitatea organismelor vii. El este elementul de baza fără de

care nu ar fi posibila viata pe pământ.

Carbonul elementar nu are acţiune toxică asupra organismului uman, fapt pentru care se

utilizează in scopuri farmaceutice sub forma de cărbune animal cu proprietăţi absorbante. In

schimb, pulberea de cărbune care apare in mine, in cocserii si in industria negrului de fum , a

grafitului artificial si a electrozilor de cărbune poate provoca asupra muncitorilor boala numitaantracoza.

Carbonul-14 radioactiv care se formează permanent prin bombardarea azotului din aer cu

neutroni de origine cosmica, odată format, se oxidează la 14CO2 si intra rapid împreuna cu CO2

normal in circuitul carbonului. Are o toxicitate mica si o radiaţie slaba de doar 0,2 MeV si deşi

nu reprezintă un risc pentru oameni, contribuie la poluarea radioactiva a mediului.

Monoxidul de carbon este un compus asfixiant care acţionează asupra hemoglobinei

formând carboxihemoglobina, care blochează transportul oxigenului in sânge. La o concentraţie

de numai 6.25mg CO/litru de sânge survine moartea in timp de o ora.

Dioxidul de carbon, prezent in atmosfera in concentraţie de 388ppm, nu este periculos

dar in concentraţii de 3-4% in aerul inspirat acţionează asupra organismului uman provocând

ameţeală, leşin si asfixiere. In procesele de fotosinteza, sub acţiunea razelor de soare, plantele

verzi consuma CO2 si apa si elimina oxigen. Pe de alta parte, animalele si omul, in procesele

of 20



respiratorii consuma oxigen si elimina dioxid de carbon, realizându-se ciclul carbonului in

natura [2].

1.3. Caracterizare fizico chimica

1.3.1. Proprietăţi fizice

Din punct de vedere structural, molecula de CO2 este liniara, triatomica si simetrica.

[3]

In condiţii normale, dioxidul de carbon este un gaz incolor, cu miros înţepător si gust slab

acid, cu densitatea mai mare decât a aerului (ρ= 1.53) putând fi cules in vase ţinute cu gura in

sus si vărsat sau sifonat in alt vas, întocmai ca un lichid. Se lichefiază uşor la 20 0C, la o presiune

de 56.6 atm, putând fi păstrat in cilindri de otel. Prin destindere la presiune normala produce o

răcire puternica, solidificându-se intr-o masa alba ca zăpada, numita zăpadă carbonica. Din

aceasta cauza se utilizează ca agent refrigerent. In stare solida, cristalizează in reţea moleculara,

cubica, cu fete centrate, care in aer se vaporizează fără topire. In stare lichida nu conduce

curentul electric.

In dioxidul de carbon, atomul de carbon e hibridizat sp la fel ca in acetilena, ceea ce duce

la o forma liniara a moleculei. La carbon mai rămân doi orbitali p (p y si pz ) perpendiculari unul pe altul. Aceştia formează cate un orbital p al fiecăruia dintre cei doi atomi de oxigen, doi

orbitali π, ale căror planuri sunt perpendiculare unul pe altul (fig.1).

of 20



Fig 1. Diagrama orbitalilor moleculari pentru CO2[4]

Dioxidul de carbon se dizolva uşor in apa (88 vol CO2 in 100 vol H2O la 200C),

comportându-se ca anhidrida acida, rezultând acid carbonic.

Solubilitatea dioxidului de carbon in apa creste cu presiunea si cu scăderea temperaturii,

conform legii lui W. Henry. De aceea, soluţiile de CO 2 in apa se consuma la presiune de 3-6

atm, sub forma de sifon.

Combinaţie termostabilă, dioxidul de carbon disociază in CO si oxigen, numai la

temperaturi de peste 10000C printr-o reacţie exoterma.

of 20



Acidul formic, sau metanoic, HCOOH se gaseste in furnicile rosii in care a fost

descoperit inca din secolul al XVII-lea dar si in urzici.

Este un lichid incolor, cu miros intepator si iritant pentru piele. Cand este anhidru,

actioneaza similar cu acidul sulfuric asupra pielii. Are o constanta de aciditate K a = 2.4*10-4,

constanta mai mare decat omologii sai. Pentru obtinerea acidului formic se trateaza acidul

sulfuric cu formiat de sodiu in doze mici, astfel ca temperatura sa nu depaseasca 40 0 C. Acidul

formic este purificat prin distilare.

2HCOO- Na+ + H2SO4 -> HCOOH +2Na+ +SO42-

In acidul formic, grupa carboxil nefiind legata de un radical hidrocarbonat ci de hidrogen,

ea poate functiona ca o aldehida cu proprietati reducatoare.

Astfel, acidul formic reduce o solutie amoniacala de azotat de argint sau o solutie alcalina

de permanganat de potasiu.

Este descompus de catre metale din grupa platinei:

HCOOH -> CO2 + H2 (pe platina)

Acidul sulfuric si alti deshidratanti il descompun la temperature camerei sau la o usoara

incalzire. Punctul de topire este de 8,250C, cel de fierbere de 100,50 C iar densitatea la 200C este

de 1.2322g/dm

3

.Acidul formic este un bactericide asemanator cu aldehida formica. Se utilizeaza in

tabacarie la decalificarea pieilor si in industria textile ca mordant auxiliar.

Acidul oxalic 1,2-dicarboxilic este raspandit in materiile vegetale sub forma de saruri de

calciu sau potasiu, mai ales sub forma de sare acida de potasiu, numita sare de macris. Oxalatul

de calciu se depune uneori, din urina, in urma unor tulburari ale metabolismului, cu formare de

calculi sau litiaza.

Industrial, acidul oxalic se obtine prin descompunerea termica a formiatului de sodiu.

(HCOONa)2 -> H2 + (COONa)2 (T=4000C)

Oxalatul de sodium rezultat este trecut in oxalate de calciu, precipitat, prin tratare cu

hidroxid de calciu. Din oxalatul de calciu, filtrat, separate de solutia de hidroxid de sodiu, se

pune in libertate acidul oxalic prin tratare cu acid sulfuric.

of 20



Acidul oxalic rezulta in urma oxidarii multor compusi organici., Industrial se foloseste

oxidarea hidratilor de carbon cu acid azotic.

Principala sa proprietate chimica este oxidarea, de aceea este un reducator.

(COOH)2 -> 2CO2 +H2O

Pe aceasta proprietate se bazeaza utilizarea acidului oxalic in industria textile (decolorant)

si in chimia analitica. Sarea de macris KHC2O4 * H2C2O4* 2H2O este folosita la scoaterea petelor

de rugina.

Se comercializeaza ca dihidrat C2H2O4*2H2O

Acidul oxalic este folosit in chimia analitica, in alcalimetrie si la determinarea cantitativa a

calciului.

Acidul oxalic este toxic si coroziv. [5]

1.3.2. Proprietăţi chimice

Dioxidul de carbon nu arde si nu întreţine arderea. Proprietatea aceasta serveşte la

recunoaşterea sa (o lumânare aprinsa introdusa intr-o atmosfera de CO2 se stinge). O sarma demagneziu, aprinsa in aer continua să ardă insă când e introdusa intr-un vas cu dioxid de carbon.

In mod similar, dioxidul de carbon este redus de metalele alcaline si de zinc, la

temperaturi ridicate.

Dioxidul de carbon disociază termic, ca orice combinaţie exoterma:

Fiind anhidrida acidului carbonic, dioxidul de carbon reacţionează cu bazele. El este

dizolvat de NaOH cu care formează Na2CO3 si NaHCO3. Suflând un gaz care conţine CO2 intr-o

soluţie apoasa de Ca(OH)2 sau Ba(OH)2 se precipita CaCO3 si respectiv BaCO3 [6].

of 20



2. Conversia / reciclarea CO2

Dioxidul de carbon, CO2, se poate obţine atât industrial cat si in laborator.

In laborator, se obţine prin tratarea carbonaţilor, in special a celor de Ca, cu acid

clorhidric, in aparatul Kipp.

Dioxidul de carbon poate fi obţinut si din distilarea aerului chiar daca randamentul de

obţinere este unul mic.

Prin arderea combustibililor pe baza de carbon, cum ar fi metanul (gaz natural), distilaţi

pe baza de petrol (benzina, motorina, kerosen, propan) dar si carbine si lemn, se obţine CO 2 si in

general,apa.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Fierul se reduce din oxizii săi, cu cocs, cu producere de fier si dioxid de carbon.

Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2

Drojdia de bere metabolizează zaharul, cu producerea de CO2 si etanol, reacţie utila in

cazul producţiei de vinuri, bere si alte băuturi spirtoase.

C6H12O6 → 2 CO2 + 2 C2H5OH

Toate organismele aerobe produc dioxid de carbon când oxidează carbohidraţii, acizii

graşi si proteine, in celulele mitocondriene.

Industrial, se obţine prin 6 procedee: arderea cocsului in aer la 900 – 1000oC sau

disocierea termincă a carbonatului de calciu (calcar) :

of 20



Dioxidul de carbon se mai poate obţine si din izvoare naturale, când se produce prin

acţiunea apei acide asupra calcarului sau dolomitei, din instalaţii de ardere a metanului si la

fermentaţia zaharului in procesul de obţinere a berii, whiskey-ului si a altor băuturi alcoolice.

3. Metode electrochimice

3.1 Descrierea procesului

3.1.1 Materii prime

Dioxidul de carbon necesar in procesul de electroreducere poate fi obtinut din surse

multiple. Una dintre cele mai uzuale este cea obtinuta din procedeul Rectisol. Procedeul

Rectisol este un procedeu industrial prin care se elimina gazele acide utilizand metanolul ca

solvent. Metanolul are rolul de a separa gazele acide cum ar fi H2S si CO2 din curentii de gaz de

alimentare. Astfel, curentul de gaz care se obtine dupa separare este adecvat arderii sau

procesarii ulterioare [7].

Astfel, in electroliza CO2 se folosesc in mare parte solutii de metanol dublu purificat in

care se barboteaza dioxid de carbon sub presiune pana la saturatie. [8,9].

Unele metode de electroreducere, CO2 purificat , sub forma gazoasa se barboteaza intr-o

solutie de sulfat de sodiu si acid sufluric diluat. In acest caz, electrozii sunt de tipul gaz-difuzivi

[10].

3.1.2. Natura si tipul de electrozi folosiţi

In cadrul experimentelor de electroreducere in solutie de metanol la rece, s-a utilizat ca

electrod de referinta, o sarma de argin acoperita cu rasina epoxidica, expusa doar la un capat,

obtinandu-se astfel un electrod de cvasi-referinta, cu un potential de aproximativ +100mV fata

de celalalt electrod de referinta, de Ag/AgCl care a fost introdus in solutia de electrolit printr-o

capilara Luggin. Electrodul de lucru a fost cel de Cu iar anodul de Pt. Acesti doi electrozi au

necesitat o pregatire mai minutioasa. Suprafetele au fost polizate cu alumina de granulatie din ce

of 20



in ce mai fina, apoi au fost degresati cu alcool. Ambii electrozi au fost electropolizati la un

curent anodic de 500mA pentru 100s intr-o solutie de 14.7 moldm -3 de H3PO4. Ca ultima etapa,

electrozii au mai fost spalati odata in apa si etanol [8].

In cazul experimentului efectuat in solutie de LiOH/MeOH, s-au utilizat aceeasi electrozi

de Cu si Pt pregatiti dupa protocolul mentionat anterior. Diferenta a constat in faptul ca

electrodul de referinta folosit a fost doar unul, cel de Ag/AgCl [9].

In cadrul lucrarii 9, electrodul de referinta a fost cel de calomel iar anodul de Pt. In ceea

ce priveste electrozii de lucru, s-au realizat experimente comparative, cu electrozi PTFE-legati

(politetrafluoroetilen) de Pb, In si Sn si C.

Electrozii pe baza de C au fost obtinuti prin urmatoarea metoda: unei suspensii de

carbune activ (5g) in 45g apa s-a adaugat cantitatea stoechiometrica de PTFE pentru a forma o

pasta groasa. Pasta a fost aplicata in mod repetat peste un suport si dupa ce a fost obtinuta

cantitatea dorita, electrodul a fost introdus intr-un cuptor cu atmosfera de azot la temperatura de

200,250 si 300 grade C pentru o ora, inainte de a fi comprimat la o presiune de 105 kPa.

Electrozii pe baza de Pb au fost obtinuti prin doua metode. Metoda I are ca rezultat

obtinerea electrozilor cu 10, 30 sau 50% Pb prin adaugarea de carbune activ (5g) la o solutie de

PTFE, Pb(NO3)2 si apa. Pasta rezultata a fost transferata pe un suport, uscata la 3000C timp de 3

h si apoi presata la 105 kPa.

Metoda II presupune utilizarea unei solutii de carbune activ (5g) in 45g apa. La 20g dinaceasta suspensie s-a adaugat 3,2g Pb(NO3)2 dizolvat in 5ml de apa. Pasta rezultata se transfera

pe un suport, se usuca la 3000C timp de 3 h si apoi se supune compresiei la presiune de

3x105kPa.

Pentru electrozii de indiu, s-a utilizat o metoda de obtinere similara cu metoda II mai sus

descrisa. Sarea de In utilizata a fost InCl3 (2,93g) iar temperaturile de uscare au variat, 140, 250

si 3000C timp de 3h. Presiunea de comprimare a fost de 105kPa.

In cazul electrozilor de staniu, metoda de obtinere este tot II, sarea generatoare de Sn a

fost SnCl2 (1,9g), temperatura de uscare a fost de 3000C iar presiunea identica cu cea pentru

electrozii de In [10].

3.1.3. Soluţia de electrolit

of 20



In cadrul electroreducerii CO2 din metanol rece, solutia de electrolit este compusa din

metanol bidistilat de pe Mg metalic cu continut de apa de mai putin de 0,1%. Catiolitul are

concentratii de 50, 300 sau 500mM LiCl in metanol iar aniolitul de 500mM. Se adauga solutiade LiCl anhidru 99% ca ionofor. Solutia se dezaereaza cu CO 2 la presiune atmsoferica. Apoi,

gazul se introduce in camera de presurizare si se realizeaza saturarea solutiei. Electrolitul astfel

obtinut se lasa o ora la presiunea stabilita anterior [8].

Catiolitul din lucrarea 8 are concentratia de 80mmol dm-3 LiOH in metanol iar aniolitul

de 300 mmol dm-3 KOH in metanol. pH-ul solutiei a fost testat cu un electrod de sticla. Dupa

trecerea unui curent de CO2 de 30mLmin-1 pentru o ora, pH-ul a fost de 6,2. Solutia a fost apoi

supusa electrolizei [9].

Pentru electroreducerea dioxidului de carbon pe electrozi gaz-difuzivi, electrolitul este o

solutie de 50gL-1 Na2SO4 si H2SO4 (pH=5, 3, 2 sau 1). Printr-o parte a catodului se introduce

CO2 pur cu o viteza de 50-100cm3min-1 si se elimina de pe aceeasi parte, la o suprapresiune de

100-200Pa [10].

3.1.4. Parametrii electrosintezei

3.1.4.1. Tipuri de celule electrochimice folosite

In lucrarea 7, celula de electroliza utilizata este de compartimentata, de tip H si a fost

introdusa intr-un recipient de otel inoxidabil care suporta presiuni mari.

of 20



Figura 2. Celula de electroliza de tip H.

(a-vas din otel, b-celula de sticla in forma de H, c-catod de Cu, d-anodul de Pt, e-

electrodul de cvasireferinta, f-membrana schimbatoare de ioni, g-agitator magnetic, h-manometru, i-valva pentru presiuni inalte, j-surub, k-inel [8])

In cazul electrolizei in solutie de LiOH si metanol, se utilieaza tot o celula de tip H dar nu

este necesar vasul din otel pentru realizarea presiunilor mari deoarece metoda nu foloseste

electrolit saturat in CO2 sub presiune [9].

Pentru operarea electrolizei cu ajutorul electrozilor gaz-difuzivi s-au propus mai multe

modele de celule. Cel mai eficient a fost cel in care electrozii PTFE-legati au fost montati pe

orizontala, cu fata uda in sus, ceea ce permite hidrogenului care poate fi generat catodic sa

paraseasca suprafata electrodica. Pentru a minimiza amestecul anolit-catolit, compartimentele

anodice si catodice au fost separate printr-o plasa din plastic cu ochiuri foarte mici.

of 20



Figura 3. Celula electrochimica (a-electrod de calomel saturat, b-catod, c-conexiune

electrica a catodului, d-separtor tip plasa din plastic, e-anod de carbon, f-cationit [10])

3.1.4.2. Modul de operare

In lucrarea 8, electroliza a avut loc discontinuu. Reducerea a avut loc in intervalul -2.0

pana la -5.0V fata de cvasielectrodul de referinta. Catolitul a fost agitat magnetic. Presiunea de

lucru a fost de 10 atm iar temperatura a variat in diferite experimente de la 248, 263, 278, 288K.

In cazul solutiei de LiOH si metanol, potentialul a variat de la -2.0V la -5.0V in raport cu

electrodul de Ag/AgCl iar temperatura a fost de 243K. Electroliza a avut loc tot discontinuu,

produsii fiind evacuati si apoi analizati [9].

Pentru masuratorile electrochimice utilizand electrozi gaz-difuzivi, electroreducerea

dixodului de carbon a fost realizata fie cu potential controlat sau cu sarcina controlata.

Suprapotentialul catodic de reducere a CO2 la acid formic obtinut a fost mai mare de 1.3V [10].

In cazul electrozilor gaz-difuzivi, parametrii obtinuti la electroliza au fost diferiti in

functie de electrodul utilizat.

Spre exemplu, in cazul electrozilor de PTFE fara dopanti s-au obtinut randamente de

of 20



curent maxime pentru obtinerea ionului formiat de 31-35% pentru densitati de curent de 7,

respectiv 6 mAcm-2.

Pe electrozii PTFE legati cu Pb, In si Sn, randamentele de curent pentru obtinerea

acidului formic difera in functie de parametrii modificati(potential catodic, densitate de curent,

pH-ul electrolitului si electroreducerea la potential controlat).

Astfel, in cazul electrozilor PTFE-Pb preparati prin metoda I, in cazul electroreducerii la

potential controlat la -1,80V s-au obtinut urmatoarele date:

Continut de Pb

[%]

Randament de curent

[%]

Densitate de curent partiala

[mAcm-2]

0 0 0

10 41 16

30 55 14

50 53 1450 89 50

50 85 36

Tabel 1. Reducerea CO2 pe electrozi PTFE-Pb preparati dupa metoda I la potential

controlat

In cazul electrozilor de PTFE-Pb obtinuti prin metoda II, s-a studiat efectul pH-ului

catiolitului asupra randamentului de curent.

pH Electroliza la potential controlat Electroliza la curent controlat

Potential

[V vs SCE]

Randament

de curent

[%]

Densitate

de curent

partiala

[mAcm-2]

Densitate

de curent

aplicata

[mAcm-2]

Potential

[V vs SCE]

Randament

de curent

[%]

Densitate

de curent

partiala

[mAcm-2]

5.0 -1.80 84 27 - - - -

3.0 -1.80 81 31 - - - -

2.0 -1.80 87 26 - - - -

1.5 - - - 50 -1.84 54 25

1.5 - - - 50 -1.86 62 31

1.5 - - - 100 -2.2 41 41

1.0 - - - 100 - 5 5

Tabel 2. Reducerea CO2 pe electrozi PTFE-Pb preparati dupa metoda II la pH diferit

Tot pe electrozii de PTFE-Pb preparati prin metoda a II, s-a studiat si efectul potentialuli

catodic asupra reducerii CO2 iar rezultatele obtinute au fost urmatoarele:

pH Potential catodic Randament de curent Densitate de curent partiala

of 20



[V vs SCE] [%] [mAcm-2]

2.0 -2.00 91 36

2.0 -2.00 85 57

2.0 -2.10 94 43

2.0 -2.20 100 45

Tabel 3. Reducerea CO2 pe electrozi PTFE-Pb preparati dupa metoda II la potential

catodic diferit

Rezultate mult mai bune s-au obtinut la testarea electrozilor PTFE-Pb atunci cand

variabila a fost densitatea de curent. Pentru o densitate de curent de 115 mAcm -2 s-a obtinut un

randament de curent de 97-100%.

Electrozii de PTFE-In au fost testati la electroreducerea CO2 cu potential controlat dar si

in curent controlat.

Electrolit

[gL-1 Na2SO4]

pH Potential

[V vs SCE]

Randament de curent

[%]


[mAcm-2]

50 2.0 -1.80 34 11

50 7.0 -1.80 69 40

50 2.0 -1.80 48 16

100 7.0 -1.80 51 21

100 2.0 -1.80 52 21

50 2.0 -1.80 61 36

50 2.0 -2.00 77 46

50 2.0 -2.00 63 38Tabel 4. Electroreducerea CO2 pe electrozi de PTFE-In la potential controlat

pH Densitate de curent

[mAcm-2]

Potential catodic

[V vs SCE]

Randament de curent Densitate de curent

partiala

[mAcm-2]

2.0 50 -1.7 pana la -2.0 13 7

2.0 50 -1.5 pana la -1.8 37 18

2.0 50 -1.9 pana la -2.0 66 33

2.0 100 -2.4 pana la -2.5 87 872.0 100 -2.2 84 84

2.0 150 -2.4 pana la -2.5 53 80

Tabel 5. Electroreducerea CO2 pe electrozi de PTFE-In la curent controlat

Electrozii de PTFE-Sn au fost testati la electroreducerea dioxidului de carbon la potential

of 20



controlat. Rezultatele obtinute sunt prezentate in tabelul urmator.

Electrolit

[gL-1]

pH Potential

[V vs SCE]

Randament de curent

[%]


[mAcm-2]

50 Na2SO4 2.0 -1.80 57 3850 Na2SO4 2.0 -1.80 58 35

50 NaCl 7.0 -1.80 49 26

50 NaCl 2.0 -1.80 30 14

Tabel 6. Electroreducerea CO2 pe electrozi PTFE-Sn la potential controlat

3.1.4.3. Prelucrarea produsilor de electroreducere

Analiza produsilor de electroreducere pentru electroreducerea in solutie de metanol s-a

efectuat cu un gaz cromatograf iar in cazul lichidelor, s-au propus masuratori de HPLC

(cromatografie de lichide de inalta performanta) cuplate cu detector UV. Ambele metode s-au

aplicat in cazul lucrarilor 8 si 9.

Pentru produsii obtinuti din electroreducerea CO2 pe electrozi gaz-difuzivi, faza lichida a

fost analizata prin HPLC. Ca faza mobila s-a utilizat acidul sulfuric de 0.0025M. La iesirea

dioxidului din instalatie s-au luat probe si s-au determinat atat monoxidul de carbon cat si

continutul de hidrogen. Nu s-a incercat masurarea cantitatii de hidrogen obtinuta pe fata uda a

electrodului [10].

of 20



Bibliografie :

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide.

2. Gh.Marcu, M.Rusu, V.Coman - „Chimie Anorganica – Nemetale, Semimetale”

Ed.Eikon, Cluj-Napoca, 2004

3. http://www.gcsescience.com/a27-covalent-bond-carbon-dioxide-gas-molecule.htm

4. http://cnx.org/content/m32935/latest/

5. Chimie Organica- Mircea Iovu, Ed. Bucuresti, 2005

6. C.D.Nenitescu – „Chimie Generala” , Ed.Didactica si Pedagogica, Bucuresti, 1985

7. http://www.lurgi.com/website/fileadmin/user_upload/1_PDF/1_Broshures_Flyer/engl

isch/0308e_Rectisol.pdf

8. S.Kaneco, K.Iiba, H. Katsumata,T.Suzuki, K. Ohta – „Electrochemical reduction of

high pressure CO2 at a Cu electrode in cold methanol”, Electrochimica Acta 51

(2006) 4880-4885

of 20

http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide

http://www.gcsescience.com/a27-covalent-bond-carbon-dioxide-gas-molecule.htm

http://cnx.org/content/m32935/latest/

http://www.lurgi.com/website/fileadmin/user_upload/1_PDF/1_Broshures_Flyer/englisch/0308e_Rectisol.pdf


http://www.gcsescience.com/a27-covalent-bond-carbon-dioxide-gas-molecule.htm

http://cnx.org/content/m32935/latest/



http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide



9. S.Kaneco, K.Iiba, S.Suzuki, K.Ohta, T.Mizuno – „Electrochemical reduction of

carbon dioxide to hydrocarbons with high faradaic efficiency in LiOH/Methanol”,

Journal of Physical Chemistry 103 (1999), 7456-7460

10. M.N.Mahmood, D. Masheder, C.J. Harty – „Use of gas-diffusion electrodes for high-

rate electrochemical reduction of carbon dioxide. I. Reduction at lead, indium- and

tin-impregnated electrodes”, Journal of Applied Electrochemistry 17 (1987) 1159-

1170

of 20

Reciclarea CO2 Prin Reducere a Cu Formare de Acizi Carboxilici

Documents

Transcript of Reciclarea CO2 Prin Reducere a Cu Formare de Acizi Carboxilici