Создана установка, превращающая нитраты из сточных вод в аммиак
ТАСС, 12 августа. Американские химики разработали реактор на базе твердотельного электролита, который позволяет максимально эффективно расщеплять молекулы нитратов из сточных вод и превращать их в "зеленый" аммиак при помощи электрического тока. Результаты первых испытаний этой установки были опубликованы в статье в научном журнале Nature Catalysis.
"Мы создали реактор на базе пористого твердого электролита, который способен избирательным образом восстанавливать нитраты, преобразовать их в аммиак и при этом подавлять формирование водорода. Он обладает высоким уровнем эффективности (более 90%) и при типичных для сточных вод концентрациях нитратов, что позволяет использовать его для очистки воды и производства "зеленого" аммиака", - пишут исследователи.
Эта установка была создана группой американских химиков под руководством доцента Университета Райса Вана Хаотяня. Она представляет собой набор из трех емкостей, одна из которых заполняется сточными водами, вторая - твердым пористым электролитом на базе рутения и меди, а третья - частично очищенной водой. Все эти емкости соединены друг с другом через специальные мембранные электроды, способные пропускать через себя протоны и некоторые другие типы ионов.
Если через эту конструкцию пропустить ток, то пористый электролит, состоящий из медных нанопроводов с добавлением наночастиц рутения, начинает взаимодействовать с жидкостями в двух других сосудах и заставляет свободные электроны вступать в реакции с молекулами воды и нитратами. Последующие реакции между ними приводят к расщеплению нитратов на кислород и азот, после чего атомы азота соединяются с тройками атомов водорода и формируют молекулы аммиака.
В прошлом, как отмечают химики, ученые уже пытались применять электрокатализаторы для преобразования нитратов в аммиак, однако при большой силе тока вместо аммиака возникал водород из-за слишком быстрой транспортировки протонов из емкости с частично очищенной водой в сосуд с очищаемыми сточными водами. Ученые выяснили, что формирование водорода можно подавить, если добавить в пористый электролит большое число ионов натрия или другого щелочного металла.
Добавление этих ионов повысило эффективность преобразования нитратов в аммиак более чем в четыре раза при большой силе тока, причем это было одинаково характерно как для концентрированных растворов нитратов, так и для сточных вод, в которых присутствует относительно небольшие количества этих веществ. В перспективе, это позволит не только быстро и эффективно очищать городские, сельскохозяйственные и промышленные стоки от нитратов, но и одновременно получать "зеленый" аммиак, необходимый для производства большого числа удобрений и химикатов, подытожили ученые.
О производстве аммиака
Для производства аммиака уже много десятилетий используется реакция, открытая немецкими химиками Фрицем Габером и Карлом Бошем еще в начале XX века. Бош и Габер выяснили, что смесь из азота и водорода можно превратить в аммиак, если сжать и нагреть ее до 450-500 градусов Цельсия, а затем пропустить через катализатор на базе железа. Пока ученым не удалось создать альтернативные подходы, превосходящие реакцию Габера-Боша в эффективности, из-за чего аммиачная промышленность сейчас является одним из самых крупных источников выбросов СО2 в атмосферу.