空氣+水=？中國科學家成功合成重要化工中間體！
2024-04-23
中國科學技術大學曾杰教授、耿志剛教授研究團隊，僅以空氣和水為原料，設計出一種全新的、可持續的方法，并成功合成羥胺。4月19日，該成果發表在國際權威期刊《自然·可持續性》(Nature Sustainability)上。羥胺是一種重要的化工中間體，廣泛應用在醫藥、紡織、電子等精細化工領域。曾杰介紹，工業制羥胺通常以氨為原料，以氫氣或二氧化硫為還原劑，其生產過程不僅會消耗大量能源和化石資源，還會排放大量二氧化碳，造成環境污染。在“雷雨發莊稼”的自然現象啟發下，研究人員借助等離子體放電技術，成功在常溫常壓條件下將空氣轉化為氮氧化物。 “等離子體放電會使空氣中產生二氧化氮等氮氧化物。”曾杰說，有了二氧化氮，就可以進一步制備硝酸。為提高硝酸的制備效率，研究人員開發設計出一種等離子體平行電弧放電裝置和多級氣體循環吸收塔裝置，實現僅以空氣和水為原料，連續生產濃度高達7.5克每升的硝酸溶液。 “在實際生產中，產物分離成本在生產總成本中占比很高。如果只得到低濃度羥胺，那么制羥胺還將需要‘天價’分離成本。”曾杰說，為了降低產物分離成本，需要進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行了5小時的持續電解，最終得到含量高達2.5克每升的羥胺溶液，并驗證了延長電解時間可以提高其累積濃度。中國科學院院士、北京大學教授席振峰表示：“該工作將環境中的空氣和水轉化為高附加值的羥胺，為化工行業提供了一種新的潛在的氮源轉化途徑。”中國科學院院士、中國科學院理化技術研究所研究員吳驪珠認為，該工作為發展基于電力驅動的綠色人工固氮過程提供了新范例，是氮物種可持續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化高效電催化劑兩方面出發，提高電合成羥胺的能量利用效率，從而進一步提高其經濟效益。
