Karbondioksitin sabit yataklı bir reaktörde kurşun elektrotlarla elektrokimyasal olarak protik ortamda indirgenmesi

Abstract

Karbondioksit, sera etkisi nedeniyle büyük ölçüde çevre kirliliğine neden olan atıl bir karbon kaynağı olarak karşımıza çıkmaktadır. Bitkiler ve okyanuslar en büyük karbondioksit tüketicisi olmakla birlikte, ortam çevre kirliliğine bağlı olarak ve orman yangınları sonucu yeteri kadar karbondioksit adsorplayamamaktadır. 1980'lerden itibaren karbondioksit, değişik yöntemlerle yoğun bir şekilde indirgenmeye çalışılmaktadır. Ancak bu konuya ilişkin olarak henüz etkin bir yöntem bulunamadığı gibi, kullanılan hücre ve elektrokatalizörlerde yeteri kadar yüksek akım verimi ve akım şiddeti değerlerine ulaşılamamaktadır. Karbondioksitin indirgenmesinde en etkin yöntem elektrokimyasal indirgemedir. Burada da değişik zorluklarla karşılaşılmaktadır. Örneğin katodik akım şiddeti normal basınçta son derece düşüktür. Karbondioksitin sulu ortamdaki düşük çözünürlüğü büyük problem oluşturmaktadır. İndirgeme işlemi için kullanılan elektrokimyasal hücreler nafıon membranlarla ayrılmakta veya gaz difüzyon hücreleri kullanılmaktadır. Bu da son derece yüksek yatırım maliyeti anlamına gelmektedir. Yukarıda belirtilen sorunları aşmak amacıyla yeni bir hücre dizaynı yapılmıştır. Sabit yataklı reaktör şeklindeki bu hücrede granül halindeki elektrot malzemeleri kullanılarak karbondioksit indirgenmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda kurşun elektrot ile 0.1 M karbonat ve 0.5 M bikarbonatlı sulu elektrolitlerde ürün olarak sadece formik asit bulunmuştur. Reaksiyon oda sıcaklığında ve normal basınçta gerçekleştirilmiştir. Akım verimi değerleri yüksek olmakla birlikte, akım yoğunluğu değerleri amaçlanadan düşük kalmaktadır. Elektrolit olarak 0.5 M bikarbonat kullanıldığında akım şiddeti ve akım verimi değerleri, 0.1 M karbonat çözeltisindekinden daha yüksek olmaktadır.Anahtar Kelimeler: Karbondioksit, elektrokatalizör, elektrokimyasal indirgeme, kurşun, sabit yataklı reaktör

Carbondioxide is an unused carbon source causing enviromental pollution due to green house effect. Plants and oceans are the greatest carbondioxide consumers, but increasing pollution and forest fires are decreasing their adsorption capacities. Reduction of carbondioxide has been studied with different methods by different research groups since 1980's. All studies on carbondioxide reduction show that there is no effective method yet established. Electrochemical method is the most effective method for reduction of CO2. Some difficulties are the case though, i.e.; low solubility of CO2, use of Nafion® membrane to seperate electrochemical cell or use of gas diffusion cell, which increase the cost of process. In this study the new electrochemical cell has been designed to over-come above mentioned problems. Carbondioxide was reduced in the batch reactor using granulated lead as electrocatalyst. Only formic asid was found as a reaction product in 0.1 M carbonate and 0.5 M hydrogencarbonate solution. Reactions were carried out in room temperature and ambient pressure. High current efficiency has been observed but current density value was lower than expected. When 0.5 M hydrogencarbonate was used as supporting electrolyte, the current efficiency and current density values were higher than that of to 0.1 M carbonate solution.Key words: Carbondioxide, electrocatalyst, electrochemical reduction, lead, fixed bed reactor.