空氣+水=？中國科學(xué)家成功合成重要化工中間體！
2024-04-23
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授、耿志剛教授研究團隊，僅以空氣和水為原料，設計出一種全新的、可持續的方法，并成功合成羥胺。4月19日，該成果發(fā)表在國際權威期刊《自然·可持續性》(Nature Sustainability)上。羥胺是一種重要的化工中間體，廣泛應用在醫藥、紡織、電子等精細化工領(lǐng)域。曾杰介紹，工業(yè)制羥胺通常以氨為原料，以氫氣或二氧化硫為還原劑，其生產(chǎn)過(guò)程不僅會(huì )消耗大量能源和化石資源，還會(huì )排放大量二氧化碳，造成環(huán)境污染。在“雷雨發(fā)莊稼”的自然現象啟發(fā)下，研究人員借助等離子體放電技術(shù)，成功在常溫常壓條件下將空氣轉化為氮氧化物。 “等離子體放電會(huì )使空氣中產(chǎn)生二氧化氮等氮氧化物?！痹苷f(shuō)，有了二氧化氮，就可以進(jìn)一步制備硝酸。為提高硝酸的制備效率，研究人員開(kāi)發(fā)設計出一種等離子體平行電弧放電裝置和多級氣體循環(huán)吸收塔裝置，實(shí)現僅以空氣和水為原料，連續生產(chǎn)濃度高達7.5克每升的硝酸溶液。 “在實(shí)際生產(chǎn)中，產(chǎn)物分離成本在生產(chǎn)總成本中占比很高。如果只得到低濃度羥胺，那么制羥胺還將需要‘天價(jià)’分離成本?！痹苷f(shuō)，為了降低產(chǎn)物分離成本，需要進(jìn)一步提高羥胺在溶液中的累積濃度。于是，研究人員對硝酸溶液進(jìn)行了5小時(shí)的持續電解，最終得到含量高達2.5克每升的羥胺溶液，并驗證了延長(cháng)電解時(shí)間可以提高其累積濃度。中國科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授席振峰表示：“該工作將環(huán)境中的空氣和水轉化為高附加值的羥胺，為化工行業(yè)提供了一種新的潛在的氮源轉化途徑?！?/span>中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所研究員吳驪珠認為，該工作為發(fā)展基于電力驅動(dòng)的綠色人工固氮過(guò)程提供了新范例，是氮物種可持續資源化利用的重要方向。曾杰表示，接下來(lái)，將從升級等離子體放電裝置和優(yōu)化高效電催化劑兩方面出發(fā)，提高電合成羥胺的能量利用效率，從而進(jìn)一步提高其經(jīng)濟效益。
