新反应器可以使世界上最有价值的化学品之一的产量增加两倍以上

一种新的反应器利用电力从污染废水中产生氨，它比现有方法更有效。

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一个新的反应堆可以将废水转化为饮用水，同时还可以产生世界上最受欢迎的化学品之一。

《自然催化》杂志 8 月 12 日描述了这种新反应器，它可以从被硝酸根离子污染的水中产生氨气。

氨（NH3）是一种极其重要的工业化学品。它是肥料的关键成分之一，在化学制造过程中也至关重要。每年产量超过 1.8 亿吨（1.63 亿公吨），主要采用已有 100 年历史的哈伯-博世工艺，即氢气和氮气之间的高温高压反应。根据这项研究，仅这一化学反应就消耗了世界上大约 2% 的能源。

另一方面，当施肥农田的过量径流进入当地水道时，硝酸盐会污染河流和溪流。硝酸盐会破坏水生生态系统，饮用水中硝酸盐含量较高会造成健康风险。为了安全饮用，水必须经过彻底处理以去除硝酸盐。

现有的商业处理方法使用细菌将硝酸根离子直接转化为氮气，但这一过程成本高昂，而且还会产生一氧化二氮，按重量计算，一氧化二氮的温室气体效力是二氧化碳的265倍。

为了避免这种气候影响，科学家们正在研究利用电力将硝酸盐转化为氨的方法，但早期的系统一直在与不必要的副反应作斗争。

在这些设备中，有正极和负极，两者之间的电荷不同。两者都会发生化学反应。水在反应器的负端分解为氧气和氢离子，而第二个反应则在正端将硝酸盐转化为氨和氢氧根离子 (OH-)。

不幸的是，一侧产生的氢离子往往会扩散到另一侧，在那里它们发生化学反应形成氢气。因为即使是高度污染的水仍然含有微量的硝酸盐，这种氢反应最终占主导地位，并阻止了主要的硝酸盐到氨的反应有效发生。科学家们试图通过在混合物中添加添加剂来解决这个问题，但这对于水处理的实际应用来说是不切实际的。

研究第一作者、德克萨斯州莱斯大学的研究员陈风阳 (Feng-Yang Chen) 表示，在这项新研究中，研究人员通过添加一个中间室，创建了一个三室反应器，部分解决了这个问题。电子邮件中的生活科学。在第一个室中，硝酸盐转化为氨气和氢氧根离子。它们与水中已有的钠离子结合形成氢氧化钠。当净化后的水离开第一室并与氢氧化钠一起被泵入中间室时，新形成的氨气被冒出。与此同时，在第三个室中，水分解产生的氢离子穿过电池扩散到中间的室中。在这里，氢和氢氧化钠中的氢氧根离子结合形成水。然后剩余的钠离子从中间室移回第一室以重复该循环。

至关重要的是，没有氢离子到达反应器的另一侧干扰硝酸盐反应。在为期 10 天的测试运行中，研究团队的电池驱动氨生产的电流超过 90%，而以前的系统只有 20% 左右。

王的设计仍处于试验阶段，他们仍需要解决几个问题，才能将该技术投入商业应用。

陈说，最大的挑战之一是确保反应在存在杂质（例如水中常见的镁和钙离子）的情况下仍然可以进行。