Современная химия




Новые сведения о синтезе аммиака

новые сведения о синтезе аммиака

Ученые из Кембриджского университета работают над увеличением эффективности процесса синтеза аммиака. 3-5% природного газа в мире используется для создания искусственных удобрений, новое исследование может иметь серьезные последствия для сельскохозяйственного и энергетического секторов.

Аммиак (NH3) - является одним из наиболее важных химических веществ в современном мире, в основном, благодаря его использованию в производстве искусственных удобрений, которых производится более 100 млн. тонн в год, и которые обеспечивают продовольствием одну треть жителей Земли.

В природе, аммиак производится растениями (преимущественно бобовыми) и некоторыми бактериями, которые извлекают азот из атмосферы в процессе, известном как фиксация азота. Она происходит при комнатной температуре и нормальном давлении, но искусственная фиксация азота (по Габеру-Бошу) для производства огромных количеств аммиака, необходимого для удовлетворения глобальных запросов, требует высоких давлений (150-250 атмосфер) и высоких температур (300-550 градусов Цельсия). Как говорилось ранее, около 3-5% добычи природного газа в мире, потребляются в цикле Габера-Боша, что составляет около 1-2% от антропогенных поставок энергии в мире.

Стив Дженкинс, доктор химического факультета Кембриджского университета и один из соавторов работы, утверждает, что цикл Хабера-Боша был разработан в начале двадцатого века, и мало изменился с тех пор, очевидно, учитывая массовый масштаб мирового производства аммиака, что даже крошечные улучшения эффективности процесса его синтеза, могут иметь огромные последствия не только для экономики производства удобрений, но и для глобального спроса на энергию.

Одним из ключевых соединений, позволяющих проводить такой цикл, является железный катализатор, который стимулирует диссоциацию молекул N2, а также предоставляет платформу, на которой атомы азота последовательно гидрогенизируются с образованием NH, NH2 и, наконец, NH3. В течении десятилетий тратилось много сил для улучшения нашего понимания того, каким образом железный катализатор работает, почему добавление таких элементов как калий, улучшает его свойства, и поиск закономерностей, которые могли бы нам подсказать лучший и более эффективный катализатор.

Говорит д-р Дженкинс: Раньше, для изучения такого катализа, требовался образец монокристаллического железа высокой чистоты, и как правило, эксперименты проходили в ультра высоком вакууме (УВВ), т.е. в условиях, где давление составляет менее одной миллионной миллионной атмосферы. Мы смогли использовать некоторые из привлекательных особенностей тех испытаний в своих экспериментах, но при большем давлении .

Вначале, для создания на поверхности железного катализатора слоя из атомов азота (до плотности чуть более одного атома азота на два атома железа поверхностного слоя), ученые подвергли железный образец воздействию ионов азота. В (УВВ) условиях, возможно использовать оже-электронную спектроскопию (ОЭС) для определения количества азота на поверхности катализатора. Затем, ученые обрабатывали образец газообразным водородом (H2) при давлении до 0,6 мбар в течении нескольких минут. Это очень низкое давление по сравнению с промышленными условиями, но его достаточно для довольно быстрого протекания реакции.

Недостатком использования давления отличного от ультра высокого вакуума является то, что в таких условиях не возможно использовать оже-электронную спектроскопию во время реакции, но эту проблему можно обойти работая эпизодически. После экспозиции в несколько минут, они эвакуируют экспериментальную камеру и быстро возвращаются к глубокому вакууму оценивая количество азота на поверхности с помощью ОЭС, затем реакцию с H2 повторяют. Проделав такие изменения несколько раз, ученые могут изучить зависимость падения концентрации азота на поверхности катализатора, от времени и температуры. Такая гидрогенизация проходит с количеством азота, предварительно нанесенного на не большую поверхность, при этом ученые понимают, что они никогда не произведут достаточного количества аммиака, чем количество способное охватить небольшую часть поверхности катализатора при температуре и давлении реакции, участвующие в работе, но при этом, они знают, что эксперимент моделирует одну из ступенек промышленного цикла, которая определяет общую скорость процесса.

Профессор химического факультета Кембриджского университета сэр Дэвид Кинг, говорит: Интересно, что благодаря данным полученным в экспериментах мы обнаружили, что реакция ускоряется на 20%, если добавить немного калия на поверхность. Такой же результат наблюдается и в цикле Габера-Боша в условиях минимального производства аммиака, когда определяющей стадией является диссоциация N2. Но результаты также позволяют предположить, что в определенных условиях, а именно, когда давление аммиака поддерживается на низком уровне, стадия гидрирования (от N к NH к NH2 к NH3) может, на самом деле, быть самой важной. Стоит сказать о еще одном важном аспекте текущей работы, который состоит в том, что работа с железом заключает в себе большие трудности по сравнению с другими металлами, используемыми в катализе, такими как платина, медь, никель. Железо чрезвычайно склонно к высоким содержаниям примесей, которые могут мешать протеканию реакции уменьшая катализирующие свойства металла.

Ранее были необходимы месяцы усилий для очистки образца, с помощью водорода, распыления ионов аргона, отжига, и очистки кислородом. Кроме того, предыдущая работа с железным монокристаллом в условиях ультравысокого вакуума (работа Герхарда Эртлья) требовало насыщать приповерхностную область материала азотом, для предотвращения диффузии азота в объем. Работая с более высоким давлением водорода, мы можем оперировать более низкими температурами, препятствуя появлению многих проблем ,- говорят исследователи.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

пиломатериалы с доставкой

Новинки полимеров:

Изготовленные по ГОСТ металлические изделия в каталоге shoptruba.ru

News image

Сегодня приобретает популярность услуга по выполнения из металлопроката разных изделий. При помощи использования новых мощностей также и современных т...

О ХОДЕ РЕКОНСТРУКЦИИ ЭП-300 НА «СИБУР-НЕФТЕХИМ»

News image

Весь дополнительный этилен, который будет получен на установке после реконструкции, будет направлен на проектируемый комплекс по производству ПВХ ОО...

НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ LANXESS НА МОСКОВСКОЙ ВЫСТАВКЕ

News image

LANXESS – один из самых современных крупных производителей полимеров, представляющих свой каучуковый бизнес в качестве основного. Компания продолжае...

ТЕХНОЛОГИЯ УСИЛЕНИЯ ЗДАНИЙ УГЛЕВОЛОКНИСТЫМИ МАТЕРИАЛАМИ

News image

Углеродные волокна (УВ) – органический материал, содержащий 92 - 99,99 % углерода. Углеродные волокна получают путем ступенчатой термообработки разл...

Новые продукты оргсинтеза:

ЛИМОННАЯ КИСЛОТА: свойства, применение, рынок

News image

Специалисты утверждают, что, она содержится, по крайней мере, в половине всех пищевых продуктов. Не случайно по объему производства лимонная кислота является одним из главных продуктов микробного си...

РЕШЕНИЯ BASF ДЛЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ПИВА

News image

Компания BASF представила разработки в технологических вспомогательных средств для фильтрации, используемых в производстве пива, на выставке Brau Beviale (г. Нюрнберг, Германия) Потребители при...

ПРИМЕНЕНИЕ ЖИРНЫХ СПИРТОВ В МОЮЩИХ СРЕДСТВАХ

News image

Дерево высших жирных спиртов исключительно мощное и ветвистое . Объясняется это тем, что в их молекулах содержится легко уязвимая гидроксильная группа, которая либо вся целиком, либо атом водо...

Авторизация



YOU ARE HERE: Главная - Новости неорганической химии - Новые сведения о синтезе аммиака

Великие химики:

ПРУСТ (Proust), Жозеф Луи

News image

Французский химик Жозеф Луи Пруст родился в небольшом городке Анжере в семье аптекаря. Получив химическое образование в Парижском университете, в 17...

ОНЗАГЕР (Onsager), Ларс

News image

Норвежско-американский химик Ларс Онзагер родился в Осло, в семье Эрлинга Онзагера, адвоката Верховного суда Норвегии, и Ингрид (Киркеби) Онзагер. П...

Институты химии:

Об Институте биоорганической химии

News image

Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии РАН был основан в 1959 году и первоначально назывался Институтом химии природных ...

Новосибирский институт биоорганической химии СО РАН

News image

Новосибирский институт биоорганической химии СО РАН был организован 1 апреля 1984 года на базе Отдела биохимии Новосибирского института органической...