客观日本

混合氮化铁和碳酸水可在常温常压下合成氨,无需催化剂

2021年07月27日 化学材料

东京都市大学的江场宏美副教授等人的研究团队开发出了在常温常压下生成氨的技术——只需在碳酸水中放入氮化铁混合即可生成氨。目前该技术还只能小规模生产,未来将探索效率更高的反应条件和降低成本的方法,并考虑实现工业化。

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只需将氮化铁放入碳酸水中摇晃即可生成氨(图片由东京都市大学江场副教授提供)

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氨是由氮和氢组成的物质,在常温下为气态。氮是植物生长所需的物质,氨是氮肥的原料。在最近的脱碳社会进程中,氨可以安全地运输即使燃烧也不排放二氧化碳(CO2)的氢燃料的优点受到了关注。

氨的工业生产一直利用100多年前开发的“哈柏法”。即在400~600摄氏度的高温和100~300个大气压的高压下使氮和氢发生反应。该方法的课题在于会消耗巨大的能量,因此一直在研究以更温和的条件制氨的方法。虽然也开发了能在低温下合成氨的方法等,但催化剂大多都要使用昂贵的金属。

江场副教授最初一直在致力于混合铁和碳酸水生成氢的研究。他注意到在实验中生成的氢中含有微量的氨,而他使用的是纯铁,不含氨的组成原子氮,因此他对氨是如何生成的感到很好奇。“这也许会成为有助于运输氢的氨的划时代制造方法”,于是他便对此开始了研究。

随后发现,将粉末状的氮化铁放入碳酸水中并搅拌的方法适合用来制氨。由于在常温常压下即可生成氨,无需像哈柏法那样使用大规模的设备。作为碳酸离子溶解到碳酸水中的二氧化碳会与铁发生反应生成固体碳酸铁,因此还有削减二氧化碳的效果。

新方法也不需要催化剂。哈柏法的氨合成效率约为15~20%,新方法“可以将氮化铁中含有的所有氮转换成氨”(江场副教授)。常温下也可以生成氨,但温度为50~60摄氏度时效率会进一步提高。另外江场副教授还发现,混合碳酸钠等添加物提高碳酸离子的浓度也可以提高制氨效率。

目前它只能在小规模内进行合成,因此首先考虑面向家庭菜园、小规模农业和科学教育套件等实现实用化。为了达到工业水平,需要提高反应速度并降低成本。江场副教授表示:“我们想找到一种性能更好的促进反应的添加物。还需要以低成本大量采购氮化铁”。

日文:三隅勇气、《日经产业新闻》,2021/07/14
中文:JST客观日本编辑部