水稻研究人员创建过程从废水中提取氨

钌原子在一个网络上的铜纳米线可能是一个重要的一步改变国际氨工业,还支持环境。

研究人员莱斯大学乔治·r·布朗工程学院,西北太平洋国家实验室,和亚利桑那州立大学创造了有能力的高性能催化剂,有近100%的效率,提取氨和固体氨-也称为肥料从低量的硝酸盐污染地下水和广泛的工业废水。

由浩田王的一项研究中,赖斯大学化学和生物分子工程,过程表明,硝酸盐的2000 ppm水平转化为氨,紧随其后的是一个有效的气提过程氨产品集合。这些治疗后残留氮含量可以降低“饮用”世界卫生组织规定的水平。

我们实现了一个完整的水脱氮过程。对其他污染物的进一步水处理,我们可以将工业废水回饮用水。

Feng-Yang陈、研究生、研究报告的主要作者,莱斯大学

陈的三位主要作者之一的研究已发表在《华尔街日报》自然纳米技术。

研究表明良好的替代有效的流程这一行业依赖于一个energy-concentrated过程创建每年超过1.7亿吨的氨。

从早期的研究科学家们意识到,钌催化nitrate-abundant废水原子是优秀的。转折,然而,涉及合并与铜、制服析氢反应,创造从水中氢的过程,在这种情况下是一个不必要的副作用。

我们知道钌金属是一个很好的候选人硝酸盐减少,但我们也知道有一个大问题,它很可能会有一个竞争反应,氢进化。当我们应用当前,很多的电子就会去氢,不是我们想要的产品。

Feng-Yang陈、研究生、研究报告的主要作者,莱斯大学

“我们借了一个概念等其他领域的二氧化碳减少,使用铜抑制氢进化,”王补充道。“然后我们必须找到一种方法有机结合钌和铜。原来分散单一钌原子铜矩阵最好的工作。”

研究人员利用密度泛函理论计算来描述的原因钌氨氮和硝态氮原子的化学路径链接容易交叉,根据研究的共同通讯作者Christopher Muhich亚利桑那州立大学化学工程助理教授。

当只有钌,水。只有铜的时候,没有足够的水来提供氢原子。但单一钌网站水不竞争,提供足够的氢硝酸不占用地方做出反应。

克里斯托弗•Muhich研究共同通讯作者和化学工程助理教授,亚利桑那州立大学

方法在环境温度和环境压力下,在科学家们称之为一个“industrial-relevant”硝酸还原每平方厘米1安培的电流,提高催化率所需的电力。应该使它容易扩张,陈。

我认为这有很大的潜力,但它是被忽略了,因为它是被先前的研究很难达到这样的电流密度,同时仍然保持良好的产品选择性好,特别是在低硝酸盐浓度。但现在我们展示。我相信我们会有机会推动这个过程的工业应用,尤其是因为它不需要大型基础设施。

Feng-Yang陈、研究生、研究报告的主要作者,莱斯大学

方法的一个关键优势是二氧化碳排放量的减少从传统的工业制造氨。这些都不是微不足道的金额加1.4%的年排放量在全球范围内,科学家们观察到。

“虽然我们明白硝酸废物转化为氨氨可能无法完全取代现有的产业在短期内,我们相信这个过程可以分散氨生产作出重大贡献,特别是在地方高硝酸盐来源,”王说。

新的研究一起,王的实验室和水稻环境工程师,阿尔瓦雷斯,主任纳米技术使水处理(纽特)中心,最近发表了一篇论文物理化学学报C描述cobalt-copper纳米颗粒的应用三维碳纤维纸基板作为一种高效催化剂生产氨硝酸还原。欧洲杯猜球平台这种廉价的催化剂也展示了大量的废水脱氮的承诺。

位联席的作者自然纳米技术纸是莱斯大学的博士后振宇Wu Srishti Gupta,亚利桑那州立大学的一名研究生。

合作者包括亚利桑那州立大学的丹尼尔·里维拉研究生;Sten Lambeets太平洋西北国家实验室,里奇兰,华盛顿;研究科学家Guanhui高,本科斯蒂芬妮·佩科,研究生荣格Yoon金朱、彭,一摸汉,材料科学和纳米工程助理教授,莱斯大学;欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球邹Finfrock,华周和Wenqian徐阿贡国家实验室,Lemont,伊利诺斯州;黛博拉莫塔梅拉和格雷厄姆王加拿大光源,萨斯卡通,萨斯喀彻温省;橡树岭国家实验室的大卫·卡伦,田纳西州的橡树岭。

丹尼尔·佩雷亚的太平洋西北实验室论文的共同通讯作者。威廉王是3月大米主委,化学和生物分子工程学的助理教授。

这项研究是由美国国家科学基金会支持纳米系统工程研究中心纳米技术使水处理(1449欧洲杯线上买球500)和韦尔奇基金会(c - 2051 - 20200401, c - 2065 - 20210327)。

期刊引用:

陈,F-Y等。(2022)低浓度硝酸盐来源有效转化为氨在Ru-dispersed铜纳米线electrocatalyst。自然纳米技术。doi.org/10.1038/s41565 - 022 - 01121 - 4。

来源:https://rice.edu