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

Новинки полимеров:

АМОРТИЗИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ИЗ ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН

News image

Пенополиуретан широко используется благодаря его высоким амортизирующим свойствам, продолжительному сроку службы и хорошей формуемости. Но, с другой...

СИНТЕЗ ОКСИДА ПРОПИЛЕНА НА ОСНОВЕ ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

News image

Dow и BASF были отмечены за совместную разработку способа получения оксида пропилена из пероксида водорода. Данная технология, сокращенно именуемая ...

МОДИФИКАТОРЫ АСФАЛЬТА НА ОСНОВЕ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО КАУЧУКА

News image

Это, безусловно, осложняет оценку технологии их производства и уровень соответствия российским техническим требованиям. Отечественный рынок располаг...

ИННОВАЦИИ В ЭКСТРУЗИИ: система RSFgenius

News image

Нарушения в работе линии, её простои неизбежно ведут к сокращению доходов от производства. Поэтому наряду с такими компонентами, как экструдер, форм...

Новые продукты оргсинтеза:

ЖИДКОСТИ GLYSANTIN®: защита от BASF

News image

Замерзающие стекла автомобилей напоминают нам о наступлении самого холодного времени года. Эксплуатация транспортных средств при низких температурах воздуха предъявляет повышенные требования к охлаж...

НОВЫЙ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ БЕНЗОЙНОЙ КИСЛОТЫ

News image

Сущность изобретения: продукт - бензойная кислота. БФ C7H6O2 т.пл. 120 - 121°С

ЛИМОННАЯ КИСЛОТА: свойства, применение, рынок

News image

Специалисты утверждают, что, она содержится, по крайней мере, в половине всех пищевых продуктов.

Авторизация



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

Великие химики:

ГАН (Hahn), Отто

News image

Немецкий химик Отто Ган родился во Франкфурте-на-Майне и был одним из трех сыновей Генриха Гана, стекольщика, и Шарлотты Гизе (в девичестве Штуцман)...

КАННИЦЦАРО (Cannizzaro), Станислао

News image

Итальянский химик Станислао Канниццаро родился в Палермо; медицинское образование получил в университетах Палермо (1841–1845 гг.) и Пизы (1846–1848 ...

Институты химии:

Институт органической химии РАН

News image

Институт органической химии РАН был образован 23 февраля 1934 г. путем объединения нескольких лабораторий ведущих отечественных научных школ академи...

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 ...