Sintesis dan pencirian logam oksida (CaO, MgO, FeO, La2O3 dan Dolomit) untuk tindak balas penurunan karbon dioksida kepada karbon monoksida

Abstract

Isu pemanasan global berpunca daripada pembebasan gas rumah hijau berlebihan khususnya karbon dioksida (CO2) telah menyebabkan perubahan cuaca yang drastik. Usaha sama daripada seluruh pihak harus dilaksanakan dalam menukarkan gas CO2 di atmosfera kepada bahan api bernilai tinggi bagi mengurangkan kebergantungan kepada bahan fosil. Memandangkan sifat kimia gas CO2 yang sangat stabil, ianya lebih praktikal untuk menukarkan gas tersebut kepada gas karbon monoksida (CO) yang lebih reaktif. Gas CO adalah komponen penting dalam campuran gas sintetik (singas) untuk penghasilan bahan api dan pelbagai bahan kimia lain. Objektif kajian ini adalah untuk mengkaji tindak balas penurunan CO2 kepada CO, dengan menggunakan mangkin tertentu berasaskan tindak balas Boudouard, C + CO2 ⇌ 2CO (ΔHr = +172 kJ/mol). Pelbagai jenis logam oksida seperti kalsium (CaO), magnesium (MgO), ferum (FeO), lantanum (La2O3) dan dolomit (CaMg(CO3)2) telah disediakan menggunakan kaedah pengisitepuan basah di atas karbon teraktif dan dikalsin dalam aliran gas nitrogen (N2). Mangkin seterusnya dicirikan dengan kaedah fiziko-kimia seperti jerapan-nyah jerapan isoterma N2 (BET), analisis pembelauan sinar-X (XRD), mikroskopi elektron imbasan dengan tenaga penyerakan (FESEM), ternyah jerapan suhu berprogram-CO2 (TPD-CO2), analisis unsur (CHNS-O) dan spektroskopi fotoelektron sinar-X (XPS). Mangkin 30% dolomit/C dan 30% CaO/C yang menunjukkan prestasi yang terbaik seterusnya diuji lebih lanjut menggunakan reaktor lapisan terbendalir (FBR) pada skala makmal dan skala perintis pada suhu 850 ºC menggunakan gas CO2 (99.99 vol%). Kepekatan gas CO yang terhasil seterusnya dianalisis menggunakan kromatografi gas. Masa sentuhan (WHSV) dikaji pada aktiviti pemangkinan bagi meningkatkan tindak balas. Aktiviti pemangkinan menunjukkan mangkin 30% dolomit/C adalah yang paling terbaik dan praktikal dari segi ekonomi dan mudah diperolehi. Mangkin ini mampu menunjukkan penghasilan CO sehingga 63 vol% dan masa tindak balas mampu bertahan sehingga 16 jam. Urutan reaktiviti mangkin mengikut penghasilan CO adalah seperti berikut : 30% dolomit/C (WHSV 10 min-1) > 30% dolomit/C (WHSV 5 min-1) > 30% CaO/C (WHSV 5 min-1) > 30% CaO/C (WHSV 10 min-1). Mangkin 30% dolomit/C didapati lebih aktif disebabkan CaO yang terdapat pada dolomit bertindak sebagai tapak bes aktif yang boleh menyerap CO2 pada kadar yang bersesuaian sehingga nilai perbezaan entropi (ΔS) meningkat dan seterusnya menjadikan tenaga Gibbs (ΔG) menjadi lebih negatif untuk tindak balas berlaku dengan lebih spontan. Manakala, MgO pada dolomit pula didapati mengurangkan kesan persinteran CaO, justeru menerangkan mengapa penggunaan mangkin 30% dolomit/C dalam tindak balas bertahan lebih lama berbanding mangkin 30% CaO/C.