คุณสมบัติตัวเร่งปฏิกิริยาและพาหะของแร่อโลหะและการประหยัดพลังงานและลดคาร์บอน

แร่อโลหะ (วัสดุ) ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม รวมถึงตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีและตัวเร่งปฏิกิริยาโฟโตเคมีหรือตัวพา เพื่อเร่งกระบวนการเกิดปฏิกิริยาเนื่องจากคุณสมบัติต่างๆ เช่น การแลกเปลี่ยนไอออนบวก ความพรุน พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และพื้นผิวที่ไม่อิ่มตัว พันธะเคมี , ปรับปรุงความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์หรือประสิทธิภาพการผลิต ฯลฯ และบรรลุวัตถุประสงค์ในการประหยัดพลังงาน ลดการใช้ และลดคาร์บอน

ตัวอย่างเช่น ดินขาว ซีโอไลต์ กัมมันต์เคลย์ ฯลฯ ถูกใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวพา แร่ธาตุบางชนิดที่มีคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์มีคุณสมบัติโฟโตคะทาไลติกที่ยอดเยี่ยม ไม่เพียงแต่มีการย่อยสลายด้วยโฟโตคะทาไลต์ของขยะอินทรีย์และฤทธิ์ต้านแบคทีเรียเท่านั้น แต่ยังสามารถเร่งปฏิกิริยาโฟโตคะตะไลซ์น้ำภายใต้การกระทำของพลังงานแสงอาทิตย์ได้อีกด้วย , CO2 ให้เป็นไฮโดรเจน มีเทน และเชื้อเพลิงอื่นๆ

การเร่งปฏิกิริยาทางเคมีใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เปลี่ยนอัตราของปฏิกิริยาเคมีระหว่างการกระทำของสารตั้งต้นโดยไม่ปรากฏในผลิตภัณฑ์ ส่วนประกอบที่ออกฤทธิ์สามารถเป็นสารเดี่ยวหรือสารหลายตัว

ตัวเร่งปฏิกิริยาจากแร่ธาตุคือสารที่ดูดซับได้ตามธรรมชาติและมีกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาบางอย่าง สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและเป็นกรด-ด่างสูง และมักใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ ดินขาว เบนโทไนท์ ไดอะตอมไมต์ ซีโอไลต์ อัตตาปุลกิต เซปิโอไลต์ ฯลฯ และผลิตภัณฑ์กระตุ้นปฏิกิริยาที่ดัดแปลง เช่น ดินขาวกัมมันต์กรด ดินเหนียวกัมมันต์ ซีโอไลต์ 4A หรือ 5A เป็นต้น

เทคโนโลยีโฟโตคะตาไลติกเป็นเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการผลิตพลังงานสะอาด การควบคุมมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และการแปลงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ หลายสาขามีโอกาสกว้าง ตัวอย่างเช่น ในการผลิตโฟโตคะตาไลติกไฮโดรเจน พลังงานแสงอาทิตย์สามารถนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ในการสังเคราะห์โฟโตคะตาไลติก คาร์บอนไดออกไซด์สามารถเปลี่ยนเป็นเชื้อเพลิง เช่น มีเทนและเมทานอล การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีทั้งสองนี้ในอุตสาหกรรมสามารถลดการใช้พลังงานและแร่ธาตุได้อย่างมาก การใช้ประโยชน์จึงช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ มีโอกาสประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในการแก้ปัญหาสำคัญ เช่น การขาดแคลนพลังงานทั่วโลกและการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

อะนาเทสที่ผลิตตามธรรมชาติ รูไทล์ เบอร์เนสไซต์ เฮมาไทต์ เกอเอไทต์ ฯลฯ ล้วนมีความสามารถในการโฟโตคะตาไลต์ที่แน่นอน ในขณะที่มอนต์มอริลโลไนต์ ไดอะตอมไมต์ ดินขาว ผงไมกา ภูเขาไฟธรรมชาติ และเพอร์ไลต์ขยายตัวมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยม เช่น พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ การดูดซับที่แข็งแกร่ง การหลวม และ มีรูพรุน ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนกรดและด่าง ฯลฯ และมักใช้เป็นตัวพาสำหรับโฟโตคะตะลิสต์

การใช้รูไทล์เป็นวัสดุโฟโตคะตาไลติกในการบำบัดน้ำเสียที่มีสีย้อมเอโซมีผลทั้งการดูดซับและการย่อยสลายด้วยโฟโตคะตาไลติก และอนุภาคนาโนที่ออกฤทธิ์ด้วยโฟโตคะตาไลติก เช่น แอนาเทส TiO2, C3N4 และเพอร์รอฟสไคต์ จะถูกโหลดบนมอนต์มอริลโลไนต์และไดอะตอมไมต์ ผงไมกา ฯลฯ ไม่เพียงเท่านั้น เพิ่มการกระจายตัวและพื้นที่ผิวเฉพาะของส่วนประกอบที่ใช้งาน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพของโฟโตคะตาไลติก แต่ยังอำนวยความสะดวกในการกู้คืนและการนำโฟโตคะตะลิสต์คอมโพสิตกลับมาใช้ใหม่ในกระบวนการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม

“ฟิล์มแร่” ที่กระจายอยู่ทั่วไปบนชั้นบนสุดของผืนดินถือเป็นวงกลมที่ใหญ่เป็นอันดับสี่ของโลก และเป็นระบบแปลงโฟโตอิเล็กทริกตามธรรมชาติ อุดมไปด้วยแร่เบอร์เนสไซต์ เฮมาไทต์ เกอเอไทต์ อะนาเทส รูไทล์ และแร่ธาตุเซมิคอนดักเตอร์อื่นๆ มีความสามารถในการตอบสนองต่อแสงแดดได้ดี ประสิทธิภาพการแปลงโฟโตอิเล็กทริกที่เสถียร ละเอียดอ่อน และระยะยาว และแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นโฟโตอิเล็กตรอนของแร่ธาตุภายใต้การแผ่รังสีของแสงแดด พลังงานไม่เพียงแต่ผลิตออกซิเจนเท่านั้น และไฮโดรเจนโดยการแยกน้ำด้วยโฟโตคะตาไลติก แต่ยังส่งเสริมการเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศและน้ำให้เป็นแร่ธาตุคาร์บอเนต

จะเห็นได้ว่าแร่ธาตุที่มีคุณสมบัติเป็นเซมิคอนดักเตอร์มีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติและมักมีบทบาทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง สิ่งนี้ไม่เพียงแสดงบทบาทของแร่ธาตุอโลหะที่กระจายอยู่ทั่วไปบนพื้นผิวโลกเพื่อการกักเก็บคาร์บอนและการลดคาร์บอน แต่ยังให้แนวทางสำหรับการพัฒนาวัสดุแร่โฟโตคะทาไลติกชนิดใหม่