Tính chất xúc tác và chất mang của khoáng phi kim loại và tiết kiệm năng lượng và giảm carbon
Khoáng sản (vật liệu) phi kim loại được sử dụng làm nguyên liệu xúc tác trong các quá trình sản xuất công nghiệp, bao gồm xúc tác hóa học và xúc tác quang hóa hoặc chất mang, nhằm tăng tốc độ quá trình phản ứng nhờ các đặc tính trao đổi cation, độ xốp, diện tích bề mặt lớn và không bão hòa bề mặt. liên kết hóa học, Cải thiện độ tinh khiết của sản phẩm hoặc hiệu quả đầu ra, v.v. và đạt được mục đích tiết kiệm năng lượng, giảm tiêu thụ và giảm carbon.
Ví dụ, cao lanh, zeolit, đất sét hoạt tính, v.v. được sử dụng làm chất xúc tác và chất mang; một số khoáng chất có đặc tính bán dẫn có đặc tính quang xúc tác tuyệt vời, không chỉ có tác dụng quang xúc tác phân hủy chất thải hữu cơ và tác dụng kháng khuẩn mà còn có thể xúc tác quang hóa nước dưới tác dụng của năng lượng mặt trời. , CO2 thành hydro, metan và các loại nhiên liệu khác.
Xúc tác hóa học sử dụng các chất xúc tác làm thay đổi tốc độ phản ứng hóa học trong quá trình tác dụng của các chất phản ứng mà không xuất hiện trong bản thân các sản phẩm. Thành phần hoạt động có thể là một chất hoặc nhiều chất.
Chất xúc tác khoáng là những chất vốn có khả năng hấp phụ và có hoạt tính xúc tác nhất định. Chúng có thể được sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao và axit-bazơ cao, và thường được sử dụng làm chất mang xúc tác. Những loại phổ biến là kaolin, bentonite, diatomite, zeolite, attapulgite, sepiolite, v.v. và các sản phẩm kích hoạt biến tính của chúng, chẳng hạn như cao lanh hoạt tính axit, đất sét hoạt tính, zeolit 4A hoặc 5A, v.v.
Công nghệ quang xúc tác là một công nghệ mới có thể sử dụng năng lượng mặt trời để sản xuất năng lượng sạch, kiểm soát ô nhiễm môi trường và chuyển hóa khí cacbonic. Nhiều lĩnh vực có triển vọng rộng mở. Ví dụ, trong quá trình sản xuất hydro bằng quang xúc tác, năng lượng mặt trời có thể được sử dụng để chuyển nước thành hydro và oxy; trong quá trình tổng hợp quang xúc tác, carbon dioxide có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu như metan và metanol; ứng dụng công nghiệp của hai công nghệ này có thể làm giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng và khoáng sản. Việc sử dụng, do đó làm giảm lượng khí thải carbon dioxide, có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong việc giải quyết các vấn đề lớn như tình trạng thiếu năng lượng toàn cầu và giảm phát thải carbon dioxide.
Anatase, rutile, birnessite, hematite, goethite, v.v. được sản xuất tự nhiên đều có khả năng quang xúc tác nhất định, trong khi montmorillonite, diatomite, kaolinite, bột mica, đá bọt tự nhiên và Perlite trương nở có các đặc tính tuyệt vời như diện tích bề mặt lớn, hấp phụ mạnh, lỏng lẻo và xốp, chịu nhiệt độ cao, kháng axit và kiềm, v.v., và thường được sử dụng làm chất mang cho các chất xúc tác quang.
Sử dụng rutile làm vật liệu quang xúc tác để xử lý nước thải chứa thuốc nhuộm azo vừa có tác dụng hấp phụ vừa có tác dụng phân hủy quang xúc tác, đồng thời các hạt hoạt tính xúc tác quang nano như anatase TiO2, C3N4, perovskite được nạp vào montmorillonite, diatomite, bột mica, v.v., không chỉ làm tăng độ phân tán và diện tích bề mặt riêng của các cấu tử hoạt động, từ đó nâng cao hiệu suất xúc tác quang mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu hồi và tái sử dụng các chất xúc tác quang composite trong quá trình xử lý nước thải công nghiệp.
“Màng khoáng chất” phân bố rộng rãi trên lớp đất trên cùng của trái đất được coi là vòng tròn lớn thứ tư của trái đất, và nó là một hệ thống chuyển đổi quang điện tự nhiên. Giàu birnessite, hematite, goethite, anatase, rutile và các khoáng chất bán dẫn khác, nó có khả năng phản ứng với ánh sáng mặt trời tốt, hiệu suất chuyển đổi quang điện ổn định, nhạy cảm và lâu dài, đồng thời chuyển đổi năng lượng mặt trời thành quang điện tử khoáng dưới bức xạ ánh sáng mặt trời. Năng lượng không chỉ có thể tạo ra oxy và hydro bằng cách tách nước bằng quang xúc tác, mà còn thúc đẩy quá trình chuyển đổi carbon dioxide trong khí quyển và nước thành các khoáng chất cacbonat.
Có thể thấy rằng các khoáng chất có tính chất bán dẫn tồn tại rộng rãi trong tự nhiên và luôn đóng vai trò là chất quang xúc tác. Điều này không chỉ cho thấy vai trò của các khoáng chất phi kim loại phân bố rộng rãi trên bề mặt trái đất đối với việc lưu trữ carbon và giảm carbon mà còn đưa ra hướng phát triển các vật liệu khoáng xúc tác quang mới.