Evaluación de la reactividad del portador de oxígeno CuO-TiO2 para la tecnología de producción de energía con captura de CO2
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i12.20596Palabras clave:
Captura de CO2; Combustión por recirculación química; Transportadores sólidos de oxígeno; Sistema CuO-TiO2; Sistema CuO-TiO2.Resumen
Se ha demostrado que los procesos de combustión por recirculación química (CRQ) son prometedores y efectivos para reducir la producción de CO2 a partir de la combustión de varios combustibles, asociada con la creciente demanda mundial de energía, ya que promueve la combustión indirecta del combustible a través de transportadores. Sólidos de oxígeno (TSO). Así, este estudio tiene como objetivo sintetizar, caracterizar y evaluar una mezcla de óxido de cobre y titanio como transportador sólido de oxígeno para su uso en procesos de combustión con recirculación química. El TSO se sintetizó en base a cálculos estequiométricos por el método del precursor polimérico y se caracterizó por: fluorescencia de rayos X (FRX), difracción de rayos X (DRX), Microscopía electrónica de barrido (SEM-FEG) con EDS, Reducción de temperatura programada (RTP). La capacidad de transporte de oxígeno (Roc) y el índice de velocidad de los ciclos de reducción y oxidación fueron evaluados por Reactividad Termogravimétrica (TGA). La principal fase reactiva identificada fue: La fase CuO para la mezcla de óxido de cobre y titanio se identificó y confirmó mediante difracción de rayos X utilizando el método de refinamiento de Rietveld. La reactividad del sistema CuO-TiO2 fue alta, obteniendo una conversión de CH4 superior al 90% y un índice de velocidad de 40% / min. De las características estructurales y las pruebas de reactividad de este material, se concluye que la mezcla de óxido de cobre y titanio tiene los requisitos necesarios para ser utilizada en procesos de combustión por recirculación química (CRQ).
Citas
Adánez, J., Abad, A., Mendiara, T., Gayán, P., de Diego, L. F., & García-Labiano, F. (2018a). Chemical looping combustion of solid fuels. Progress in Energy and Combustion Science, 65, 6–66. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.07.005
Adánez, J., Abad, A., Mendiara, T., Gayán, P., de Diego, L. F., & García-Labiano, F. (2018b). Chemical looping combustion of solid fuels. Progress in Energy and Combustion Science, 65, 6–66. https://doi.org/10.1016/J.PECS.2017.07.005
Adánez, Juan, & Abad, A. (2019). Chemical-looping combustion: Status and research needs. Proceedings of the Combustion Institute. https://doi.org/10.1016/j.proci.2018.09.002
Andache, M., Nemati Kharat, A., & Rezaei, M. (2019). Preparation of mesoporous nanocrystalline CuO–ZnO–Al2O3 catalysts for the H2 purification using catalytic preferential oxidation of CO (CO-PROX). International Journal of Hydrogen Energy. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.08.197
Costa, R. C. P. da, Nascimento, R. A. B. do, Melo, D. M. de A., Albuquerque, D. S., Medeiros, R. L. B. de A., Melo, M. A. de F., & Adánez, J. (2021). Development of CuO-based oxygen carriers supported on diatomite and kaolin for chemical looping combustion. Research, Society and Development, 10(4), e15110412831. https://doi.org/10.33448/rsd-v10i4.12831
Edelmannová, M., Lin, K.-Y., Wu, J. C. S., Troppová, I., Čapek, L., & Kočí, K. (2018). Photocatalytic hydrogenation and reduction of CO2 over CuO/ TiO2 photocatalysts. Applied Surface Science, 454, 313–318. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2018.05.123
Gayán, P., Adánez-Rubio, I., Abad, A., De Diego, L. F., García-Labiano, F., & Adánez, J. (2012). Development of Cu-based oxygen carriers for Chemical-Looping with Oxygen Uncoupling (CLOU) process. Fuel. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2012.01.021
International Energy Agency. (2019). Global Energy and CO2 Status Report. The latest trends in energy and emissions in 2018. World Energy Outlook.
IPCC. (2018). IPCC Special Report 1.5 - Summary for Policymakers. In Global warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global response to the threat of climate change,. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324
M.P. Pechini. (1967). Method of Preparing Lead and Alkaline Earth Titanates and. In U.S. Patent no 3,330.697.
Mahmoudabadi, Z. D., & Eslami, E. (2019). One-step synthesis of CuO/TiO2 nanocomposite by atmospheric microplasma electrochemistry – Its application as photoanode in dye-sensitized solar cell. Journal of Alloys and Compounds, 793, 336–342. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2019.04.185
Medeiros, R. L. B. A., Macedo, H. P., Figueredo, G. P., Costa, T. R., Braga, R. M., Melo, M. A. F., & Melo, D. M. A. (2017). Study of the reactivity by pulse of CH4 over NiO/Fe-doped MgAl2O4 oxygen carriers for hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy, 42(39), 24823–24829. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.08.019
Medeiros, R. L. B. A., Melo, V. R. M., Melo, D. M. A., Macedo, H. P., Moure, G. T., Adánez-Rubio, I., Melo, M. A. F., & Adánez, J. (2020). Double perovskite (La2-xCa-Bax)NiO4 oxygen carriers for chemical looping reforming applications. International Journal of Hydrogen Energy, 45(3), 1681–1696. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.11.004
Melo, V. R. M., Medeiros, R. L. B. A., Braga, R. M., Macedo, H. P., Ruiz, J. A. C., Moure, G. T., Melo, M. A. F., & Melo, D. M. A. (2018). Study of the reactivity of Double-perovskite type oxide La1−xMxNiO4 (M = Ca or Sr) for chemical looping hydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy, 43(3), 1406–1414. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2017.11.132
Nascimento, R. A. B., Medeiros, R. L. B. A., Costa, T. R., Oliveira, Â. A. S., Macedo, H. P., Melo, M. A. F., & Melo, D. M. A. (2020). Mn/MgAl2O4 oxygen carriers for chemical looping combustion using coal: influence of the thermal treatment on the structure and reactivity. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 140(6), 2673–2685. https://doi.org/10.1007/s10973-019-09014-w
Page, S. P. M., Chapter, L., & Page, M. C. (n.d.). P54/WGI-14 - Changes to the underlying scientific-technical assessment to ensure consistency with the approved SPM These trickle backs will be implemented in the Chapter during copy-editing. August 2021.
Rietveld, H. M. (1969). A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography. https://doi.org/10.1107/s0021889869006558
Stem, N., de Souza, M. L., de Faria, D. L. A., & dos Santos Filho, S. G. (2014). Formation of Ti(III) and Ti(IV) states in Ti3O5 nano- and microfibers obtained from hydrothermal annealing of C-doped TiO2 on Si. Thin Solid Films, 558, 67–74. https://doi.org/10.1016/J.TSF.2014.02.077
Tian, X., Wei, Y., & Zhao, H. (2018). Using a hierarchically-structured CuO@TiO2-Al2O3 oxygen carrier for chemical looping air separation in a paralleled fluidized bed reactor. Chemical Engineering Journal. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.10.084
Tijani, M. M., Aqsha, A., & Mahinpey, N. (2018). X-ray diffraction and TGA kinetic analyses for chemical looping combustion applications. Data in Brief. https://doi.org/10.1016/j.dib.2017.12.044
Xu, Z., Zhao, H., Wei, Y., & Zheng, C. (2015). Self-assembly template combustion synthesis of a core–shell CuO@TiO2–Al2O3 hierarchical structure as an oxygen carrier for the chemical-looping processes. Combustion and Flame, 162(8), 3030–3045. https://doi.org/10.1016/J.COMBUSTFLAME.2015.05.006
Zeng, Y., Wang, T., Zhang, S., Wang, Y., & Zhong, Q. (2017). Sol–gel synthesis of CuO-TiO2 catalyst with high dispersion CuO species for selective catalytic oxidation of NO. Applied Surface Science, 411, 227–234. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2017.03.107
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