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在电化学生产氨的过程中需要严格的程序

发布时间:2019-05-23 10:30:57 来源:

氨(NH 3)是生产最广泛的化学品之一,全球年产量为170兆吨。它是肥料生产的关键成分,因此在维持世界人口方面发挥着关键作用。然而,全球能源的超过1%是由生产氨NH的消耗3,其涉及的一氧化二n中的反应2(来自空气)和二氢,H 2经由哈柏法。

尽管工业在效率方面已经取得了一些突破,但氨中的氢原子来自化石燃料,甲烷(CH 4)和二氧化碳(CO 2)作为副产物产生。换句话说,哈伯博世的过程是不可持续的。此外,它需要高温和高压,这意味着它只能在大型集中式反应堆中生产,远离消耗点。因此,运输具有毒性和腐蚀性的氨的后勤和安全挑战阻碍了许多潜在用户使用它,特别是在发展中国家。

多年来,科学家们一直在努力寻找一种合成氨的替代电化学方法,该方法可以通过可再生能源提供动力,并在使用时以局部方式生产。在流程变得可扩展和盈利之前,要解决的主要挑战 - 科学和技术 - 。

到目前为止,实验研究无法与主导的Haber-Bosch过程的效率相匹配。此外,许多这些研究未能排除由于氨或其他含氮化合物已经存在于空气,人体呼吸,离子传导膜或甚至催化剂本身中而导致的污染。

丹麦技术大学(DTU)的一个国际科学家小组在自然界的一项新研究中,斯坦福大学和伦敦帝国理工学院强调了这个问题。

“通过电化学过程合成氨正在引起人们的极大兴趣,不仅来自学术研究人员,也来自工业界和政府。这种兴趣是由于需要使氨的生产减少对化石燃料的依赖。但是,许多学术团体未能证明氨确实来自N 2 -分子。这部分是因为产生的氨很少,这使得即使很小的污染产生了假阳性,“DTU副教授Jakob Kibsgaard说。

科学家提出的协议使用氮-15(15N 2),这是一种同位素,可以检测和量化N 2向氨的电还原。通过这种方法,他们能够将虚假污染的影响与真正的N 2减少分开。

“如果电化学过程变得更有效,同位素标记将成为一个问题,因为我们将生产更多的氨。即便如此,我们还有研究表明,即使是最基本的协议也未能遵守结果是有效的,“伦敦帝国理工学院的高级讲师Ifan EL Stephens说。

科学家利用他们的协议证明,1993年由另一个科学家团队(来自东京工业大学)报告的方法明确地产生了来自N 2的氨。虽然许多研究需要重新评估,但目前的结果是显着的,因为它表明氨的电化学生产确实是可行的。

“我们希望本文将提醒研究界使用适当的控制实验和方案正确评价他们的研究。我们可能对合成氨生产和非常积极的影响全球二氧化碳的新兴领域的一部分2排放量。因此,我们需要确保我们在实验室中充分利用我们的时间 - 这项研究可以帮助我们做到这一点。“ DTU的Ib Chorkendorff教授说。

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