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新技术新进展 | 改进后的合成氨技术,对环境更友好

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2018-6-25 16:44| 发布者: 优瑞卡环保| 查看: 880| 评论: 0

摘要: 合成氨是极为重要的化工生产过程,提供了包括化肥、炸药等在内的重要的生产、生活原料。目前合成氨主要使用哈伯法,在高温高压下利用催化剂将氮气转化为氨。 其中,以氨为基础的化肥是现代农业一大支柱。目前工业 ... ...

合成氨是极为重要的化工生产过程,提供了包括化肥、炸药等在内的重要的生产、生活原料。目前合成氨主要使用哈伯法,在高温高压下利用催化剂将氮气转化为氨。

其中,以氨为基础的化肥是现代农业一大支柱。目前工业上使用的合成氨技术仍是20世纪早期出现的哈伯法,使氮气和氢气在高温高压下发生反应,这一过程需要消耗大量的能源,而许多微生物却能够在常温常压条件下实现氮的固化。因此开发更为绿色的合成氨技术一直是人们梦寐以求的目标。

早在2016年,美国研究人员开发出一种新的催化剂,能够在常温常压条件下利用光能实现氨的合成。

来自美国西北大学的研究人员仿照固氮酶的核心结构,首先合成出由铁、硫二种元素形成的原子簇,再将这种原子簇与含有锡、硫二种元素的负离子相结合,形成的材料能够在常温常压下利用光能将氮气转化为氨。

图片来源于原报道

(原论文:Nitrogenase-mimic iron-containing chalcogels for photochemical reduction of dinitrogen to ammonia)

而在今年4月,美国佛罗里达中部大学等机构研究人员又开发出了一种新的电化学技术,可在常温常压下用氮气和水生产氨,只需消耗少量电力,效率高于同类技术。

在以往研究中,反应的选择性一直很低,法拉第效率,即反应消耗电荷占通过电极表面总电荷的比率,往往不足1%,这意味着超过99%的电能都被不需要的副反应消耗掉了。

新技术的关键在于用金属钯化合物的纳米粒子作为催化剂,提高反应的活跃程度和选择性,法拉第效率达到了8.2%。新技术所需要的电压也较低。

研究人员说,钯催化剂的特殊性质使它能高效地将水分子里的氢原子转移给氮分子,提高合成氨关键步骤的效率,抑制副反应,效果比金和铂等其他催化剂更好。

这个思路还可能用于其他领域,例如用二氧化碳制取燃料。这项技术不需要高温高压,生产设施可安装在任何有电力供应的地方,例如风力或太阳能发电站,可望实现合成氨的可持续、分布式生产。

相关论文发表在新一期英国《自然·通讯》杂志上。

(文章来源见新华社、中国科学网)

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