Een onderzoeksteam onder leiding van prof. Zeng Jie en prof. Geng Zhigang van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China (USTC) heeft een nieuw model voorgesteld voor duurzaam hydroxylamine (NH₂ OH) synthese via een plasma-elektrochemische cascaderoute (PECP). Ze realiseerden de groene en duurzame synthese van NH₂ OH uit omgevingslucht en water onder milde omstandigheden. Hun onderzoek is gepubliceerd in Nature Sustainability.

NH₂ OH wordt als belangrijk chemisch tussenproduct veel gebruikt op het gebied van de fijnchemie, zoals de geneeskunde, pesticiden, textiel en meer. De traditionele productiemethoden van NH₂ OH omvat voornamelijk het Raschig-proces, een stikstofoxide-reductiemethode en een salpeterzuur-reductiemethode. Het Raschig-proces veroorzaakt echter een grote hoeveelheid stikstofverlies en milieuvervuiling; terwijl de andere twee methoden een grote koolstofuitstoot veroorzaken. Het is daarom urgent om een ​​nieuw groen, koolstofarm en duurzaam syntheseproces voor NH₂ te ontwikkelen O.

Het elektrosyntheseproces, aangedreven door groene elektriciteit en het gebruik van water als protonenbron, zal naar verwachting de nadelen van traditionele NH₂ overwinnen OH-productieprocessen. Vanwege de thermodynamische stabiliteit van stikstofmoleculen is het echter moeilijk om een ​​efficiënte activering van stikstofmoleculen te bereiken in het directe elektrokatalytische proces van stikstof.

De onderzoekers hebben de groene en duurzame synthese van NH₂ gerealiseerd OH gebruikt alleen lucht en water als grondstoffen door een nieuw proces te ontwikkelen dat plasma-stikstoffixatie koppelt aan de productie van salpeterzuur met de elektrokatalytische reductie van salpeterzuur tot NH₂ OH. Daarnaast heeft het team een ​​plasma-ontladingsapparaat ontworpen met meerdere parallelle tips om de overlappende zone te vergroten voor de efficiënte activering van stikstofgas.

Eerst introduceerden de onderzoekers lucht in het plasma-parallelle boogontladingsapparaat en gebruikten een wateroplossing die methyloranje bevatte als uitlaatgasabsorberend middel om de oplossing van neutraal naar zuur om te zetten. Door het luchtdebiet te optimaliseren, verkregen ze een salpeterzuuroplossing met een maximale concentratie van 20,3 millimol per liter. Omdat elke reactiecyclus 30 minuten duurde, behield het plasma-ontladingsapparaat een uitstekende stabiliteit gedurende 20 cycli. De verkregen salpeterzuuroplossing zou direct gebruikt kunnen worden voor de elektrokatalytische synthese van NH₂ OH na verdunning en toevoeging van elektrolyten.

Daarnaast heeft het team ook een dunne-filmkatalysator van bismutmetaal bereid via magnetronsputteren en deze toegepast op de elektrokatalytische reductie van salpeterzuur om NH₂ te produceren. O.

De accumulatie van NH₂ OH in de elektrolyt tijdens langdurige elektrolyse van een 100 mmol/L salpeterzuuroplossing door een bismut dunne-filmkatalysator werd onderzocht. Na continue elektrolyse gedurende 5 uur de hoogste concentratie NH₂ OH bereikte 77,7 mmol/l. Tenslotte 1,887 g zeer zuiver NH₂ Er werd een OH-sulfaatproduct bereid.

Deze studie stelt een haalbare manier voor om hydroxylamine efficiënt te synthetiseren uit eenvoudiger grondstoffen en onder mildere omstandigheden, wat bijdraagt ​​aan de duurzaamheidstransformatie van de chemische industrie.

Meer informatie: Xiangdong Kong et al, Synthese van hydroxylamine uit lucht en water via een plasma-elektrochemische cascaderoute, Natuurduurzaamheid (2024). DOI:10.1038/s41893-024-01330-w

Journaalinformatie: Natuurduurzaamheid

Aangeboden door de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China