利用废水中的硝酸盐和太阳能来制造氨

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摘  要：美国伊利诺伊大学芝加哥分校等组成的研究小组合作开发出一种碳中和技术，通过利用太阳能和硝酸盐的电化学反应从废水中制造氨，通过利用该技术，有望对农业和能源行业等产生巨大影响。

关键字：硝酸盐、太阳能、制氨、碳中和技术、氨合成技术、钴

美国伊利诺伊大学芝加哥分校(UIC)、得克萨斯理工大学、美国西北大学、沃伦镇中学、Worldwide Liquid Sunshine和美国陶氏化学公司合作开发了一种碳中和技术，该技术通过利用太阳能和硝酸盐的电化学反应，以其他类似技术10倍的效率从废水中制造氨。

利用该技术，不仅有望实现按需合成肥料，还能够对发达国家和发展中国家的农业和能源行业以及化石燃料的温室气体减排活动产生巨大影响。

氨由1个氮原子和3个氢原子组成，是肥料、塑料和制药等众多产品的重要组成部分。传统的由氮合成氨的方法是哈伯-博施法，该方法通过燃烧化石燃料所产生的大量热量来解除氮原子之间的强键，从而促进氮与氢的键合。

在此前的研究中，研究小组开发了一种用于合成氨的环境友好型技术，该技术利用涂覆有催化剂的过滤网来过滤水基溶液中的高纯度氮气，从而合成氨。向用于分解氮的过滤网中通电时仅使用微量的化石燃料能源，但是生成的氢气比氨多。

在此次的新型合成技术中，由污水中的污染物——硝酸盐供应氮，并利用太阳能进行电化学反应。反应过程中几乎没有氢气副反应，基本100%合成氨。通过利用该合成技术，不会排放CO₂等温室气体，并且实现了11%的太阳能热燃料(STF)效率，这是其他最新氨合成技术的10倍。

通过计算机模型，钴被确定为最适合催化剂的金属，对反应行为进行优化后发现，在将几乎所有硝酸盐分子转化为氨的反应中，由氧化引起的钴粗糙表面是最优的。

该技术不仅有助于去除工业废水和污水中的污染物质，还有助于调整郊区的氮循环，这些郊区可能因暴露于过量硝酸盐而遭受高健康风险和经济劣势。通过饮用水而摄入大量的硝酸盐会带来癌症和甲状腺疾病等健康上的风险。

目前，研究小组正在与地方政府、污水处理中心和产业界进行合作，以构建一个大型样机，开展大规模试验。

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翻译：王宁愿

审校：李   涵

贾陆叶

统稿：李淑珊

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