空氣+水=？中國科學家成功合成重要化工中間體！
2024-04-23
中國科學技術大學曾杰教授、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(xù)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(xù)性》(Nature Sustainability)上。羥胺是一種重要的化工中間體，廣泛應用在醫(yī)藥、紡織、電子等精細化工領域。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)過程不僅會消耗大量能源和化石資源，還會排放大量二氧化碳，造成環(huán)境污染。在“雷雨發(fā)莊稼”的自然現(xiàn)象啟發(fā)下，研究人員借助等離子體放電技術，成功在常溫常壓條件下將空氣轉化為氮氧化物。 “等離子體放電會使空氣中產(chǎn)生二氧化氮等氮氧化物?！痹苷f，有了二氧化氮，就可以進一步制備硝酸。為提高硝酸的制備效率，研究人員開發(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，實現(xiàn)僅以空氣和水為原料，連續(xù)生產(chǎn)濃度高達7.5克每升的硝酸溶液。 “在實際生產(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’分離成本?！痹苷f，為了降低產(chǎn)物分離成本，需要進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行了5小時的持續(xù)電解，最終得到含量高達2.5克每升的羥胺溶液，并驗證了延長電解時間可以提高其累積濃度。中國科學院院士、北京大學教授席振峰表示：“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>中國科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員吳驪珠認為，該工作為發(fā)展基于電力驅動的綠色人工固氮過程提供了新范例，是氮物種可持續(xù)資源化利用的重要方向。曾杰表示，接下來，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，從而進一步提高其經(jīng)濟效益。
