Исследователи СФУ разработали новые катализаторы для производства аммиака из сточных вод

03.08.2023

Учёные Сибирского федерального университета совместно с исследователями Китая и Швеции создали новые катализаторы для простой технологии, которая поддерживает экологический баланс в области сельского хозяйства. В журналах о химии новых материалов Chemical Engineering Journal, Journal of Materials Chemistry A и Applied Materials Today можно ознакомиться с результатами исследования. 

Исследователи предложили новый метод очистки сточных вод, который уменьшает нагрузку на природу и имеет потенциал для повсеместного внедрения и дальнейшего развития. На основе меди и никеля, которые считаются недорогими металлами, были созданы катализаторы, которые обеспечивают высокий выход аммиака из воды. Внутри катализатора расположена матрица-носитель из бора, углерода и азота, куда встроены металлы меди и никеля. Новое изобретение возвращает нитраты до состояния аммиака - простейшего соединения азота и водорода. 

«Принцип работы довольно прост: чем больше атомов металла может вступить в реакцию, тем выше эффективность катализатора. За счёт использования металлорганических соединений в качестве исходных компонентов нам удалось сделать так, что в продукте (катализаторе) металлы находятся в матрице в виде небольших нанокластеров либо в виде единичных атомов, что позволяет создать наибольшую реакционную поверхность с высокой эффективностью», — сообщил Артём Куклин.

Результаты исследований показали, что катализаторы работают эффективно и дают перспективы для работ в области чистой энергии. 

Существует несколько различных подходов для удаления NOx из сточных вод: технология ионного обмена, обратного осмоса, электродиализа и фотоэлектрической деградации. Однако для реализации этих технологий необходим большой вклад финансов. К тому же, методы очищают загрязнения не полностью, а в определенной степени, а процесс осуществляется медленно. Один из недостатков - потеря ценных природных ресурсов во время очистки сточных вод. Сегодня основной метод производства аммиака - процесс Габера-Боша, который также требует большого количества энергии и выбрасывает много парниковых газов.

«Наша научная группа предложила в качестве альтернативы опираться на метод катализа — это позволит эффективно преобразовывать нитраты в аммиак, который можно реализовывать на рынке, получая экономическую выгоду», — рассказал соавтор работы, старший научный сотрудник международного научно–исследовательского центра спектроскопии и квантовой химии НИЧ СФУ Артём Куклин.

Загрязнение окружающей среды ставит под угрозу здоровье человека и обостряется необходимость устойчивого цикла ресурсного потребления и вторичной переработки. Содержание в воде оксидов азота, которые попадают туда из-за животноводческих, металлургических, хозяйственно–бытовых предприятий, — одна из опасностей для человека и природы. Попадание NOx в питьевую воду, а затем в организм вызывает повреждение печени. А для природы большое количество азота становится накоплением нитратов, оседающих в почвах и водоёмах. Нарушается азотный цикл, и природа хуже переживает процесс самовосстановления.

Автор: Ольга Скибина Информация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)