Kehitettiin erittäin tehokas ammoniakin synteesikatalyytti

Ruokintavalo villisika, Swine Shine (Kesäkuu 2019).

Anonim

Tokion teknillisen tutkimuslaitoksen tutkijat (Tokyo Tech) ovat havainneet, että kalsiumamidin katalyytti, jolla on pieni määrä lisättyä bariumia (Ba-Ca (NH2) 2), johon on immobilisoitu rutenium-nanopartikkeleita, voi syntetisoida ammoniakkia teholla 100 kertaa kuin tavanomaisten ruteniumkatalyyttien lämpötilassa alle 300 ºC: n lämpötilassa. Tämän katalyytin suorituskyky on myös monta kertaa suurempi verrattuna nykyisin teollisesti käytettyihin raakakatalyytteihin.

Ammoniakki on typpilannoitteiden raaka-aine ja se on avain elintarviketuotantoon. Ammoniakin molekyyli on yksi typpiatomi, joka on sitoutunut kolmeen vetyatomiin. Tämän seurauksena ammoniakki on aine, jonka massa on erittäin suuri vetypitoisuus. Koska se muuttuu nestemäiseksi huoneenlämpötilassa 10 ilmakehän paineessa, se on myös vetyenergian kantaja, joka on energialähde tekniikoille, kuten polttokennoille.

Haber-Bosch-prosessi, nykyinen teollinen ammoniakkisynteesimenetelmä (perustettu vuonna 1913) käyttää pääasiassa raudasta valmistettua katalysaattoria ja vaatii korkeita lämpötiloja (400-500ºC) ja suuria paineita (100-300 atm). Näiden olosuhteiden täyttämiseksi ammoniakkia tuotetaan suurissa, omistetuissa tehtaissa ja kuljetetaan sitten kasveihin, joissa sitä käytetään teollisiin prosesseihin. Paikan päällä tapahtuvaa tuotantoa on pitkään ollut kysyntää, jossa tarvittava määrä ammoniakkia voidaan syntetisoida silloin, kun sitä tarvitaan, toisin kuin perinteinen laajamittainen prosessi.

Professori Hideo Hosonon, Tokyo Tech -tutkimusryhmä, professori Michikazu Hara, apulaisprofessori Masaaki Kitano ja muut löysivät ammoniakkisynteesikatalysaattorin, joka toimii tehokkaasti alhaisissa lämpötiloissa. He havaitsivat, että kalsiumamidin katalyytti, jolla on pieni määrä lisättyä bariumia (Ba-Ca (NH2) 2), johon on immobilisoitu rutenium-nanopartikkeleita, on katalyyttinen aktiivisuus 100 kertaa suurempi kuin tavanomaisten ruteniumkatalysaattorien alhaiset lämpötilat alle 300 ° C: n lämpötilassa. Lisäksi tämän katalyytin katalyyttinen suorituskyky on myös useita kertoja verrattuna teollisesti käy- tettyihin raakakatalyytteihin (kuvio 1).

Rutenium-asetyyliasetonaattikompleksia käytetään ruteniumin raaka-aineena. Kuumennettaessa Ba-Ca (NH2): sta 2 - 400 ºC: n lämpötilassa vetyatmosfäärissä muodostuu ohut bariumkerros ruuteniumin nanopartikkeleihin, joiden koko on noin 3 nm, kun huokoinen kalsiumamidi muodostuu samanaikaisesti (kuvio 2). Ba-Ca (NH2) 2: n, katalyytin raaka-aineen pinta-ala on vain noin 17 m 2 / g. Koska katalyytti kuitenkin tulee huokoiseksi, kun se lämmitetään 400 ° C: seen vedyllä ruteniumlähteen kanssa, ryhmä havaitsi, että pinta-ala laajenee noin 100 m 2 / g: ksi. Lisäksi kalsiumamidille lisätty barium-aineosa siirtyy katalyytin pinnalle tämän lämpökäsittelyn aikana ja muodostaa ohuen kerroksen peittäen rutenium-nanopartikkelit. Ryhmä havaitsi, että tämä on ainutlaatuinen katalysaattori, jossa aktiiviset rakenteet muodostuvat itsenäisesti ja pysyvät vakaina koko reaktion ajan. Tässä tutkimuksessa kehitetyllä katalyytillä on korkein ammoniakin synteesiaktiivisuus viime vuosina ilmoitettujen kiinteiden katalyyttien alhaisissa lämpötiloissa.

Tässä tutkimuksessa kehitetty katalysaattori syrjäyttää huomattavasti olemassa olevien katalyyttisten materiaalien rajat ammoniakin synteesiaktiivisuudessa ja edistää merkittävästi ammoniakin synteesiprosessissa käytetyn energian vähentämistä. Tästä syystä tämän tekniikan kehittämisen odotetaan johtavan uuden prosessin rakenteeseen ammoniakin paikan päällä tapahtuvalle synteesille.

menu
menu