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制造化肥保護(hù)環(huán)境有望？新方法減少碳排放

2019-11-09 10:57:08來(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：合成氨閱讀量：5152

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】1909年左右，德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了合成氨工藝背景下。經(jīng)卡爾·博施改良后的高壓合成氨方法——“哈伯—博施法”實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，在百年間養(yǎng)活了幾十億人可靠保障，成為20世紀(jì)初地球人口大爆炸的主要原因進展情況。在哈伯之前，農(nóng)民只能依靠天然肥為作物補(bǔ)充氮元素綠色化發展，隨著種植面積的擴(kuò)大至關重要，人與動(dòng)物的糞便完全無(wú)法滿足種植業(yè)對(duì)氮肥的需求。而哈伯—博施法可以將空氣中源源不絕的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為植物可以利用的氨用上了。工廠中大量生產(chǎn)的合成氨成為當(dāng)時(shí)農(nóng)業(yè)的救星提升行動，直到今天依然是氮肥的主要來(lái)源。

　　然而農(nóng)業(yè)的救星同時(shí)也是環(huán)境的殺手關註。氮?dú)庾鳛橐环N化學(xué)鍵相對(duì)穩(wěn)定的惰性氣體研究進展，轉(zhuǎn)化成氨需要嚴(yán)苛的反應(yīng)條件。哈伯—博施法利用氮?dú)夂铣砂钡姆椒煞譃槿齻€(gè)步驟連日來，分別在三個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器中進(jìn)行：1.蒸汽甲烷重整快速融入。蒸汽與甲烷在固態(tài)鎳催化劑的作用下分解成為氫氣和一氧化碳。2.將蒸汽和一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳和氫氣系統。3.將氫氣和氮轉(zhuǎn)化為氨增強。這一過(guò)程需要高壓以及達(dá)1000℃的高溫環(huán)境重要意義，會(huì)消耗大量能源，并且反應(yīng)中還會(huì)釋放大量的二氧化碳更加廣闊。有數(shù)據(jù)指出規劃，工業(yè)合成氨大約消耗了2%的能源，產(chǎn)生了大約1%的二氧化碳排放可以使用。因合成氨直接或間接產(chǎn)生的碳排放令人心驚進入當下。

　　自哈伯—博施法開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用以來(lái)，科學(xué)家們從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)改良這一化學(xué)反應(yīng)的嘗試效高化。例如澳大利亞莫納什大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用具有高氮?dú)馊芙舛鹊?a href="http://gzruiye.com/product/list-3727.html" target="_blank">離子液體作為電解質(zhì)新體系，在納米結(jié)構(gòu)鐵催化劑的參與下通過(guò)氮?dú)怆娺€原制氨反應(yīng)合成氨，這一過(guò)程在常規(guī)條件下即可完成反應(yīng)創造。CSIRO能源公司開(kāi)展了“膜反應(yīng)器”合成氨的研究長效機製，可以降低反應(yīng)對(duì)溫度和壓力的要求，而且所需能源也可以用清潔能源提供的電力代替全技術方案。我國(guó)科學(xué)家也取得了不少成果分享，中科院大連化學(xué)物理所的研究人員構(gòu)筑了新型催化劑體系，可以提高金屬催化劑在溫和條件下的合成氨性能信息化。中科院合肥研究院固體所也在光催化方向有所突破方式之一。

　　近，來(lái)自荷蘭和希臘的化學(xué)工程師有了新的收獲趨勢。他們?cè)O(shè)計(jì)了一種新的陶瓷反應(yīng)器有力扭轉，將合成氨的反應(yīng)器從3個(gè)減少到1個(gè)，并將反應(yīng)過(guò)程中排放的二氧化碳量減少了一半一站式服務。反應(yīng)器是一根薄薄的陶瓷管廣度和深度，管道內(nèi)外壁覆蓋不同的催化劑，內(nèi)壁的鎳催化劑產(chǎn)生帶正電荷的氫離子引領作用、電子和二氧化碳加強宣傳，外壁的催化劑含有釩、氮和鐵等用的舒心，可以使氫離子技術發展、電子和氮分子進(jìn)入管道形成氨。陶瓷管外部添加了導(dǎo)線集成，當(dāng)袋帶負(fù)電荷的電子來(lái)到陶瓷管外壁時(shí)重要手段，產(chǎn)生的離子虹吸作用會(huì)加快內(nèi)壁催化劑的反應(yīng)速度，也讓反應(yīng)只需在約600℃的溫度以及正常大氣壓下就可以進(jìn)行穩定性。

　　這是改良合成氨工藝的新方向像一棵樹。雖然與上面提到的其他改良方法一樣在轉(zhuǎn)化效率或者成本上都還無(wú)法與哈伯—博施法相比，但至少讓研究有了新的方向。工業(yè)合成氨反應(yīng)可以說(shuō)是改變了人類命運(yùn)的化學(xué)反應(yīng)能運用，但也是橫亙?cè)诨瘜W(xué)領(lǐng)域的一座大山達到，化學(xué)家們奮斗了將近一個(gè)世紀(jì)也只能仰望山頂。然而越是難以攀登工具，越是激勵(lì)著人們前赴后繼智慧與合力。隨著研究的進(jìn)步喜愛，新的設(shè)備與方法必然會(huì)取代哈伯—博施法重要的角色，讓氮肥的獲取更環(huán)保更廉價(jià)。

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