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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授、耿志剛教授研究團(tuán)隊(duì)，僅以空氣和水為原料，設(shè)計(jì)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(quán)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(yīng)用在醫(yī)藥、紡織、電子等精細(xì)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?yàn)檫€原劑，其生產(chǎn)過程不僅會(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(xiàn)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(zhuǎn)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。”曾杰說，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，研究人員開發(fā)設(shè)計(jì)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(xiàn)僅以空氣和水為原料，連續(xù)生產(chǎn)濃度高達(dá)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。”曾杰說，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(xù)電解，最終得到含量高達(dá)2.5克每升的羥胺溶液，并驗(yàn)證了延長電解時(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(zhuǎn)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(zhuǎn)化途徑。”
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(rèn)為，該工作為發(fā)展基于電力驅(qū)動(dòng)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(jìn)一步提高其經(jīng)濟(jì)效益。
