Table of Contents
وتتحول الموارد المتجددة إلى طريقة إنتاج الصناعات مواد دعم حفازة، وتساعد هذه البدائل المستدامة على الحد من الأثر البيئي مع الحفاظ على معايير الأداء العالية، وتضع الحفازات التي توفر أساسا ثابتا ومرتفعا لمركبات الطاقة المتجددة، وهي عوامل أساسية في الصناعات الكيميائية، وتحويل الطاقة، والوسيلة البيئية، وهي عوامل تولد في الماضي مثل الخريجة، والسيليكا، والخصائص الوسيطة، ولكن إنتاجها غالبا ما يكون مهيمنا.
لماذا الموارد المتجددة لدعم المحفزات؟
إن الدافع إلى الاستعاضة عن مواد الدعم الحفاز التقليدية ببدائل متجددة ينبع من عدة فوائد مترابطة، أولاً، أن الموارد المتجددة - مثل الكتلة الأحيائية النباتية، والمخلفات الزراعية، والملوثات الأحيائية - وفرة ويمكن إنتاجها على مدى سنوات زمنية لا من الخوخ الجيولوجي، مما يقلل من الاعتماد على المواد الخام الزعنفة مثل البوكسيت (بالنسبة للألومينا) أو ثاني أكسيد السيليكون (بالنسبة للإنتاج التقليدي).
وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تصميم العديد من أشكال الدعم المتجددة بمواد مصممة خصيصاً للكيمياء السطحية، مما يجعلها قادرة على المنافسة مع الأناجز الاصطناعية، كما أنها تتسق مع مبادئ الاقتصاد الدائري، حيث يمكن أن تكون الدعم المنفق مدمجاً أو يتحول إلى وقود أحيائي، وتمتد فوائد الاستدامة لتشمل دورة الحياة بأكملها: من استخراج المواد الخام إلى التخلص منها، وحيث أن الحكومات والصناعات ملتزمة بأهداف صافية الصفر، فإن اعتماد دعم محفزات المتجددة يصبح بمثابة عامل مؤثرات الكيميائية.
أنواع الموارد المتجددة لدعم المحفزات
وتم التحقيق في مجموعة واسعة من المواد الطبيعية والمواد المستمدة من المواد البيولوجية باعتبارها مواد سليفة لدعم الحفازات، ومن أبرزها الكتلة الأحيائية الخلوية والكنغوليلوسية، والكتلة المغناطيسية، والمواد القائمة على النجوم، والشارة البيولوجية، واللينين، والكتلة الأحيائية الفلزية، حيث توفر كل منها خصائص هيكلية وكيميائية متميزة تناسب التطبيقات المحفزة المختلفة.
الخلية والكتلة الأحيائية اللغوية
ويمكن استخراج البوليمر العضوي الأكثر وفرة على الأرض من الخشب أو القطن أو المخلفات الزراعية وتحويلها إلى دعم للكربون المخرب، وهي عملية تنطوي عادة على تحلل الهيدروليكي أو الانزيمي لعزل النانوف، يليها الكربون في جو غير ملوث بالفلور يتراوح بين 400 و900 درجة مئوية، وتظهر المواد الكربونية الناتجة عن ذلك مواقع عالية من حيث الحجم (500 إلى 1500 متر مربع/ز)
تشيتوسان
(د) يتم الحصول على شيتوسان عن طريق التحلل المميت، أو البولي ساكشاريد الموجود في قذائف قشرية، وهو جهاز بيولوجي قابل للتحلل الأحيائي يمكن تشكيله في خرز أو ميمبراني أو هويغلات، وتوفر مجموعات الأمين والهيدروكسيل مواقع ملزمة للجسيمات النانوية المعدنية، مما يجعله دعماً ممتازاً للحوافز المعدنية الثمينة.
المواد المحتوية على ستارش
(ستارتش) هو مبيد ثنائي متجدد رخيص متجدد مستمد من الذرة أو البطاطا أو الكاسافا، ويمكن تجهيزه إلى عوامل مغرية للمواد الإباحية أو مُنبأة مباشرة للحصول على دعم كربوني، كما أن مناطق الكربون المستخرجة من البالاش والمزودة بأجهزة قياس موحدة قد تم تجميعها وتحميلها بالنيكل لتوليد الطاقة الحرارية.
Biochar from Pyrolysis
وينتج البيوتاش من خلال الكتلة الحيوية للتدفئة في غياب الأكسجين (الحلل البيروقراطي) عند درجات الحرارة بين 300 و700 درجة مئوية. ويمكن أن يكون المولد رقائق خشبية أو نفايات عضوية أو طحالب.
Lignin
فاللينين هو جهاز متعدد الأبعاد مركب يشكل 15-30 في المائة من الكتلة الأحيائية الخبيثة، وهو منتج ثانوي رئيسي لصناعة اللباب والورق وإنتاج الإيثانول الخلوي، ويمكن تحويل السائل إلى دعم الكربون بمحتوى عال من النيتروجين (إذا كان مركباً مركباً من النيتروجين) وهو ما يعود بالفائدة على الحفز الخالي من المعادن أو كساد.
Algal Biomass
وتظهر المواد الكيميائية الدقيقة والكروالغا كأصناف وسيطة مستدامة لدعم الحفازات، إذ أن معدلات النمو مرتفعة في ألغاي لا تتنافس مع المحاصيل الغذائية، ويمكن زراعة هذه المواد على الأراضي غير القابلة للزراعة أو في المياه المستعملة، كما أن تركيبتها الكيميائية الأحيائية الغنية بالبروتينات، والكربوهيدرات، وبقايا الشفاه، التي تُظهر وجود مسارات متنوعة من طرق المعالجة المسبقة.
عمليات إنتاج الدعم المتجدد للمحفزات
ويشمل تحويل المواد الخام المتجددة إلى دعم حفاز وظيفي عدة خطوات متتابعة يمكن تكييف كل منها مع المواد الوسيطة المحددة والممتلكات النهائية المرغوبة.
استخراج المواد والتجديد
أما الخطوة الأولى فهي عزل البوليم أو العنصر من الكتلة الحيوية الخام، وهذا يعني، بالنسبة للخليل، التهاب عن طريق عمليات كرافت أو منظومتها، لفصل ألياف الخلايا، وبالنسبة للشيتوسان، فإن التسخين قد يستخرج من قذائف القشرة عن طريق إزالة الألغام (المعاملة القاسية) وإلغاء البروتينات (المعاملة القلوية) التي تشمل مبيد النجم.
الشكل والهيكل
ويجب أن تكون المواد المتناقلة في مفاعلات حفازة مثل الخيوط أو المنافذ أو الأحاديث، وتشمل تقنيات التركيب المشتركة التخريب أو التجفيف أو القذف أو الصبغة الكهرومغناطيسية، ويمكن حل البوليمرات الأحيائية في غالب الأحيان في شكل مذيب مناسب وبعد ذلك خلق عوامل مختلطة من الكربون لتوليد شبكات مخرفة.
النشاط لزيادة المنطقة السطحية
ويكتسي النشاط أهمية حاسمة لتحقيق مساحة سطحية عالية وهيكل مستحضرات مناسبة، إذ يستخدم التفعيل الفيزيائي البخار أو ثاني أكسيد الكربون عند درجة تتراوح بين 800 و1000 درجة مئوية لتغزي ذرات الكربون، مما يخلق مجهرياً، ويستلزم نقل السلائف بعامل تنشيط (مثلاً، KOH، H3PO4، ZnCl2) قبل التكرار، كما أن المقياس الكيميائي يولد.
الإفلات من العقاب مع المعادن أو المركبات التحفيزية
وبعد تشكيل الدعم وتفعيله، يمكن أن يوضع في السطح دعم نشط للأنواع الحفازة - النبيلة أو التي تمر بمرحلة انتقالية - وتشمل الأساليب المشتركة الإدراك المبتذل، وتبادل الأيوني، وتحلل الترسيب، والتنخيل بالجملة، والرطوبة الافتراضية، وحل الملح المعدني (مثلا، المادة H2PtCl6، المادة 3، المادة الثانية).
مقارنة الأداء: متجددة ضد الدعم التقليدي
ومن أجل الحصول على القبول الصناعي، يجب أن تكون دعم الحفازات المتجددة مطابقاً أو يتجاوز أداء المواد التقليدية مثل المادة 3 من نظام " غاما - 2 " ، والكربون المنشط، وفي العديد من الدراسات المتطورة، حققت عناصر الكربون الأحيائية المحتوية على قدر أكبر من النشاط القابل للمقارنة، والانتقائية، والاستقرار في ردود الفعل القياسية مثل النيتروجينية الطويلة الأجل، وأكسدة الكحول، وتفاعلات التراكمية.
كما أن عدم القدرة الهرمية لبعض الدعم المتجدد (المحتوي على الميكروبيات والميكرومائية) يمكن أن يعزز انتشار المتفاعلات والمنتجات، مما يؤدي إلى ارتفاع معدلات التفاعل الواضح، ومع ذلك فإن التباين المتأصل في المواد الوسيطة الطبيعية يؤدي إلى عدم الاتساق بين المصيدتين، الذي يجب التصدي له من خلال بروتوكولات صارمة لمراقبة الجودة والتوحيد القياسي.
التطبيقات في الصناعات الرئيسية
وقد وجدت الدعم الحفاز المتجددة تطبيقات متخصصة في عدة قطاعات، مدفوعة بالضرورات الاقتصادية والبيئية على السواء.
التركيب الكيميائي والمواد الكيميائية الغرامية
وفي إنتاج المستحضرات الصيدلانية والكيماويات الزراعية والآثار، يمكن المحفزات على الدعم المتجدد من قياسات الكيمياء الخضراء، كما استخدم النخيل المزود بالكربون المزود بالفلور والمدعم بالفلور في إنتاج الهيدروجينات الميكانيكية للأمينات، مما يحقق 99 في المائة من الغلة ذات السمية المنخفضة.
التحليل البيئي
وقد تزايد استخدام المحفزات القائمة على أساس بيولوجي في إصلاح المياه وتنقية الهواء، حيث تحلل المواد الكيميائية العضوية والمضادات الحيوية المحتوية على مواد كيميائية ذات ترددات متجانسة من نوع Fenton، وتظهر أكسيد الزنك المدعوم على مادة الجير (المستمدة من عشية البحر) نشاطاً محفزاً على إحداثيات عالية لخفض ثاني أكسيد الكربون إلى Cr(VI) إلى Cr(III).
تحويل الطاقة وتخزينها
وتحصل أجهزة دعم متجددة في خلايا الوقود والبطاريات والكهرباء، وتنتج كربونات مائية متطورة من مادة التروتا، كأجهزة كهربائية خالية من المعادن، لرد فعل خفض الأوكسجين، تعمل على أساس التكتلات السطحية مع Pt/C في بعض وسائط الألكلين، وتستخدم أوراق الكربون التي تستخدم في شكل طبقات ضوئية مقسمة في البروتونيكس().
التحديات والحدود
وعلى الرغم من الوعد، فإن عدة حواجز تعوق الاعتماد الواسع النطاق لدعمات الحفازات المتجددة. [FLT:] Scalability لا تزال أهم التحديات: فالأجهزة التجميعية ذات النطاق العالي تستخدم في كثير من الأحيان عوامل النقاء العالية، وظروف التحكم التي يصعب تكرارها في التخصيب، ويؤدي التباين الموسمي والجغرافي في تكوين الكتلة الأحيائية إلى دعم عدم الاتساق، مما يتطلب رقابة قوية على العمليات الإحصائية().
التوقعات المستقبلية والتوجيهات البحثية
ومجال الدعم المتجدد يتطور بسرعة، مع عدة اتجاهات واعدة. Tailored synthesis] باستخدام نظم للتعلم الآلي والتجارب العالية الإنتاج يمكن أن يعجل باكتشاف مزيج أمثل من المواد الوسيطة، وطريقة النشوء، ومعابر الإدراك لرد الفعل المحددة.
خاتمة
(أ) تقدم [موارد قابلة للربط] مساراً قابلاً للتطبيق لإنتاج مواد دعم حفازة ذات مزايا بيئية واقتصادية، ومن الخلية والمتحول إلى مادة حفازة، يمكن تصميم مواد وسيطة طبيعية متنوعة على أساس " الحافز " () على أساس " الحافز " () على نحو غير قابل للتداول، على أن تسرع البحوث والابتكارات التكنولوجية في التغلب على هذه العقبات.