Створено новий реактор: збільшує створення однієї з найцінніших хімічних речовин у світі
Створено новий реактор: збільшує створення однієї з найцінніших хімічних речовин у світі
21 серпня 2024 року
Вчені створили реактор, який виробляє аміак із забрудненої води, і він набагато ефективніший за існуючі методи.
Новий реактор перетворює забруднену воду на питну воду і при цьому виробляє одну з найбільш затребуваних хімічних речовин у світі. Він може створювати газоподібний аміак із води, забрудненої іонами нітратів. Результати дослідження представлені у журналі Nature Catalysis, пише Live Science.
Аміак, хімічна речовина, що складається з одного атома азоту та трьох атомів водню, має найважливіше значення у промисловому виробництві. Аміак є одним із ключових компонентів у добривах, а також важливий у процесах хімічного виробництва. Щороку виробляється приблизно 180 млн тонн аміаку за допомогою процесу Габера, під час якого речовину отримають при високому тиску та температурі із синтезу водню та азоту. За словами авторів дослідження, цей процес щороку споживає приблизно 2% світової енергії.
З іншого боку, нітрати (солі азотної кислоти) забруднюють річки, коли вони потрапляють із удобрених сільськогосподарських угідь. Нітрати спустошують водні екосистеми, а при вищому вмісті в питній воді можуть становити небезпеку здоров'ю. Щоб воду можна було пити, її потрібно очистити від нітратів.
Для цього використовують бактерії, які перетворюють нітрати на азот, але цей дорогий процес, під час якого також виробляється оксид азоту, який у сотні разів сильніший за парниковий газ, ніж вуглекислий газ.
Щоб уникнути негативного впливу на клімат, вчені працюють над способами перетворення нітрату на аміак за допомогою електрики. Але попередні пристрої мали деякі проблеми. У цих пристроях є позитивний та негативний кінець із різними зарядами. Хімічні реакції відбуваються обох кінцях. Вода поділяється на газоподібний кисень та іони водню на кінці реактора з негативним зарядом, у той час як друга реакція перетворює нітрати на аміак та гідроксильні іони на іншому кінці.
Але іони водню можуть переміщатися на інший кінець реактора і спати в реакцію з утворенням водню. Оскільки навіть сильно забруднена вода все ще має крихітні концентрації нітратів, ця реакція водню зрештою стає домінуючою і перешкоджає ефективному перебігу основної реакції перетворення нітрату на аміак. Вчені намагалися вирішити цю проблему, але їм це не вдалося.
Автори нового дослідження частково обійшли цю проблему, створивши новий трикамерний реактор із додатковою камерою. У першій камері нітрати перетворюються на газоподібний аміак та гідроксильні іони. Вони з'єднуються з іонами натрію, які вже присутні у воді, і утворюють гідроксид натрію. Коли очищена вода залишає першу камеру і потрапляє в середню камеру з гідроксидом натрію, знову утворений аміак газоподібний виходить у вигляді бульбашок.
У третій камері іони водню, отримані внаслідок розщеплення води, проходять у середню камеру. Тут іони водню та гідроксилу з гідроксиду натрію об'єднуються та утворюю воду. Іони натрію, що залишилися, повертаються з середньої камери в першу камеру, щоб повторити цикл. Жоден іон водню не досягає іншого кінця реактора, щоб перешкодити реакції. За допомогою електричного струму вчені змогли створити втричі більше аміаку, ніж у попередніх реакторах.
