Промышленные выбросы оксида азота (NO), токсичного газа и ключевого компонента кислотных дождей, представляют собой серьезную экологическую проблему. Исследователи из Инженерной школы МакКелви Вашингтонского университета в Сент-Луисе (WashU) разработали новый подход, способный замкнуть цикл использования азота, аналогично существующим концепциям для углерода.
Ведущий исследователь Фэн Цзяо, заслуженный профессор Лорен и Ли Фиксель в Школе МакКелви, совместно с Ган Ву, профессором инженерии в области энергетики, окружающей среды и химии, предложили инновационный электрохимический метод. Эта технология позволяет преобразовывать вредный оксид азота в востребованный продукт – азотную кислоту (HNO3).
В основе метода лежит система электрохимического окисления. С использованием недорогого катализатора на основе углерода для окисления NO и катализатора восстановления кислорода на основе одного металла, разработанного Ган Ву, система эффективно преобразует оксид азота и воду в азотную кислоту.
Получаемый продукт – это высокочистая концентрированная азотная кислота. В ходе экспериментов удалось достичь концентрации до 32% по весу. Азотная кислота широко используется в производстве удобрений и при обработке металлов, что делает ее ценным промышленным химикатом.
Ключевым преимуществом разработанной технологии является ее работа при почти комнатной температуре и нормальном давлении. Это выгодно отличает ее от преобладающих методов переработки NO, требующих высоких рабочих температур и значительных энергозатрат.
Система спроектирована по принципу «подключи и работай» ("plug and play"), требуя минимальной инфраструктуры. Это позволяет развертывать установки непосредственно на месте возникновения выбросов NO, например, на промышленных предприятиях или в горнодобывающей отрасли.
Технико-экономический анализ подтвердил экономическую целесообразность метода. Он не требует значительных капиталовложений в инфраструктуру или использования дорогостоящих сырьевых материалов, таких как драгоценные металлы. Энергопотребление также ниже по сравнению с традиционными способами производства азотной кислоты.
Эффективность преобразования, измеряемая фарадеевским выходом, превышает 90% при использовании чистого оксида азота. Важно, что система сохраняет высокую эффективность (более 70%) даже при работе с более низкими концентрациями NO, характерными для реальных промышленных выбросов.
Это делает технологию адаптируемой к различным промышленным потокам отходящих газов. Процесс не требует химических добавок или дополнительных стадий очистки для получения конечного продукта высокой чистоты.
Разработка открывает путь к созданию азотной экономики замкнутого цикла. Превращение промышленных загрязнителей в ценные химические продукты выгодно как для бизнеса, так и для окружающей среды, способствуя устойчивому развитию и снижению вредного воздействия на природу.
Особенно перспективным видится применение в горнодобывающей промышленности, где азотная кислота используется для растворения руд, а в процессе образуется оксид азота. Новая технология позволяет улавливать этот NO и преобразовывать его обратно в HNO3 для повторного использования непосредственно на месте.
Исследователи, опубликовавшие результаты своей работы в журнале Nature Catalysis, планируют дальнейшее усовершенствование технологии для повышения эффективности и чистоты продукта, а также масштабирование системы для практического применения в промышленности, приближая создание полноценной азотной экономики замкнутого цикла.
Изображение носит иллюстративный характер
Ведущий исследователь Фэн Цзяо, заслуженный профессор Лорен и Ли Фиксель в Школе МакКелви, совместно с Ган Ву, профессором инженерии в области энергетики, окружающей среды и химии, предложили инновационный электрохимический метод. Эта технология позволяет преобразовывать вредный оксид азота в востребованный продукт – азотную кислоту (HNO3).
В основе метода лежит система электрохимического окисления. С использованием недорогого катализатора на основе углерода для окисления NO и катализатора восстановления кислорода на основе одного металла, разработанного Ган Ву, система эффективно преобразует оксид азота и воду в азотную кислоту.
Получаемый продукт – это высокочистая концентрированная азотная кислота. В ходе экспериментов удалось достичь концентрации до 32% по весу. Азотная кислота широко используется в производстве удобрений и при обработке металлов, что делает ее ценным промышленным химикатом.
Ключевым преимуществом разработанной технологии является ее работа при почти комнатной температуре и нормальном давлении. Это выгодно отличает ее от преобладающих методов переработки NO, требующих высоких рабочих температур и значительных энергозатрат.
Система спроектирована по принципу «подключи и работай» ("plug and play"), требуя минимальной инфраструктуры. Это позволяет развертывать установки непосредственно на месте возникновения выбросов NO, например, на промышленных предприятиях или в горнодобывающей отрасли.
Технико-экономический анализ подтвердил экономическую целесообразность метода. Он не требует значительных капиталовложений в инфраструктуру или использования дорогостоящих сырьевых материалов, таких как драгоценные металлы. Энергопотребление также ниже по сравнению с традиционными способами производства азотной кислоты.
Эффективность преобразования, измеряемая фарадеевским выходом, превышает 90% при использовании чистого оксида азота. Важно, что система сохраняет высокую эффективность (более 70%) даже при работе с более низкими концентрациями NO, характерными для реальных промышленных выбросов.
Это делает технологию адаптируемой к различным промышленным потокам отходящих газов. Процесс не требует химических добавок или дополнительных стадий очистки для получения конечного продукта высокой чистоты.
Разработка открывает путь к созданию азотной экономики замкнутого цикла. Превращение промышленных загрязнителей в ценные химические продукты выгодно как для бизнеса, так и для окружающей среды, способствуя устойчивому развитию и снижению вредного воздействия на природу.
Особенно перспективным видится применение в горнодобывающей промышленности, где азотная кислота используется для растворения руд, а в процессе образуется оксид азота. Новая технология позволяет улавливать этот NO и преобразовывать его обратно в HNO3 для повторного использования непосредственно на месте.
Исследователи, опубликовавшие результаты своей работы в журнале Nature Catalysis, планируют дальнейшее усовершенствование технологии для повышения эффективности и чистоты продукта, а также масштабирование системы для практического применения в промышленности, приближая создание полноценной азотной экономики замкнутого цикла.
