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yb体育APP下载—一举多得!太阳能电化学利用废水制氨:效率高、无污染
 时间 : 2022-08-01  

伊利诺伊年夜学芝加哥分校的工程师们缔造了一种太阳能电化学反映,不但操纵废水制造氨--世界上产量第二年夜的化学品--并且还实现了太阳能到燃料的效力,比任何其他可比手艺好10倍。

他们的研究成果颁发在《能源与情况科学》上,该杂志是研究能源输送和情况庇护交叉问题的顶级期刊。

首席研究员、UIC工程学院化学工程助理传授Meenesh Singh说:"这项手艺和我们的方式在答应按需合成肥料方面有很年夜的潜力,并可能对发财国度和成长中国度的农业和能源部分,和对削减化石燃料发生的温室气体的尽力发生庞大影响。"

氨是一个氮原子和三个氢原子的组合,是化肥和很多制制品(如塑料和药品)的一种要害化合物。今朝用氮气制造氨的方式需要燃烧化石燃料发生的年夜量热量,以打破氮原子之间的强键,使它们可以或许与氢气连系。这个有百年汗青的进程发生了全球温室气体排放的很年夜一部门,这是天气转变的驱动力。

此前,辛格和他的同事开辟了一种情况友爱的方式,经由过程在水基溶液顶用带电的、笼盖着催化剂的网筛过滤纯氮气来制造氨。这类反映只利用了少量的化石燃料能量来电化网屏,而网屏则分化了氮原子,但它发生的氢气(80%)比氨气(20%)多。

此刻,研究人员已改良了这一概念,并开辟了一种新方式,操纵硝酸盐(最多见的地下水污染物之一)来供给氮气,并操纵太yb体育app下载阳光来电化反映。该系统发生近100%的氨,氢气副反映几近为零。该反映不需要化石燃料,不发生二氧化碳或其他温室气体,其对太阳能的操纵发生了史无前例的太阳能-燃料效力,即STF,为11%,比任何其他出产氨的进步前辈系统(约1%的STF)好10倍。

这类新方式取决在钴催化剂,研究人员在他们的论文《太阳能驱动的电化学合成氨,在情况前提下具有11%的太阳能-燃料效力》中描写了这类催化剂和新工艺。

为了肯定催化剂,研究人员起首利用计较理论来猜测哪一种金属的结果最好。在经由过程这些模子肯定了钴以后,研究小组对这类金属进行了尝试,测验考试用分歧的体例来优化其在反映中的活性。研究人员发现,由氧化发生的粗拙的钴概况在缔造一个具有选择性的反映方面结果最好,这意味着它几近将所有的硝酸盐份子转化为氨。

找到一种活跃的、有选择性的、不变的催化剂,并在太阳能系统中阐扬感化,这有力地证实了在工业范围上可延续地合成氨是可能的。

不但反映自己是碳中性的,这对情况有益,并且假如该系统被开辟为工业用处,它还可能对情况发生几近是净负的恢复性影响。

利用废水硝酸盐意味着我们还必需从地表和地下水中断根污染物。跟着时候的推移,这意味着这个进程可能同时有助在改正工业废料和径流水,并从头均衡氮轮回,特殊是在农村地域,这些地域可能会履历经济上的晦气身分,或承当着接触过量硝酸盐的最年夜风险。

经由过程饮用水接触高浓度的硝酸盐已与癌症、甲状腺疾病、早产和低诞生体重等健康状态有关。

辛格说:"我们都对这一成绩感应很是兴奋,并且我们不会在此止步。我们但愿我们将很快有一个更年夜的原型,我们可以用它来测试更年夜的范围。"

UIC手艺治理办公室已为该新工艺申请了专利。

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