Une équipe de recherche dirigée par le professeur Zeng Jie et le professeur Geng Zhigang de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) a proposé un nouveau modèle d'hydroxylamine durable (NH2 OH) via une voie en cascade plasma-électrochimique (PECP). Ils ont réalisé la synthèse verte et durable du NH2 OH de l'air ambiant et de l'eau dans des conditions douces. Leur étude est publiée dans Nature Sustainability.
NH2 L'OH, en tant qu'intermédiaire chimique important, est largement utilisé dans les domaines de la chimie fine comme la médecine, les pesticides, les textiles, etc. Les méthodes traditionnelles de production de NH2 OH comprend principalement le procédé Raschig, une méthode de réduction de l'oxyde nitrique et une méthode de réduction de l'acide nitrique. Cependant, le procédé Raschig entraîne une grande perte d’azote et une pollution environnementale; tandis que les deux autres méthodes génèrent de grandes émissions de carbone. Il est donc urgent de développer un nouveau procédé de synthèse vert, bas carbone et durable du NH2 OH.
Le processus d'électrosynthèse piloté par l'électricité verte et utilisant l'eau comme source de protons devrait surmonter les inconvénients du NH2 traditionnel. Processus de production OH. Cependant, en raison de la stabilité thermodynamique des molécules d'azote, il est difficile d'obtenir une activation efficace des molécules d'azote dans le processus électrocatalytique direct de l'azote.
Les chercheurs ont réalisé la synthèse verte et durable de NH2 OH en utilisant uniquement l'air et l'eau comme matières premières en développant un nouveau procédé qui couple la fixation de l'azote plasmatique à la production d'acide nitrique avec la réduction électrocatalytique de l'acide nitrique en NH2 OH. De plus, l'équipe a conçu un dispositif de décharge plasma avec plusieurs pointes parallèles afin d'élargir la zone de chevauchement pour une activation efficace de l'azote gazeux.
Tout d’abord, les chercheurs ont introduit de l’air dans le dispositif de décharge à arc parallèle au plasma et ont utilisé une solution aqueuse contenant du méthylorange comme absorbant des gaz d’échappement pour convertir la solution de neutre en acide. En optimisant le débit d’air, ils ont obtenu une solution d’acide nitrique avec une concentration maximale de 20,3 millimoles par litre. Chaque cycle de réaction durant 30 minutes, le dispositif de décharge plasma a conservé une excellente stabilité sur 20 cycles. La solution d'acide nitrique obtenue pourrait être directement utilisée pour la synthèse électrocatalytique de NH2 OH après dilution et ajout d'électrolytes.
En outre, l'équipe a également préparé un catalyseur à couche mince métallique de bismuth par pulvérisation magnétron et l'a appliqué à la réduction électrocatalytique de l'acide nitrique pour produire du NH2. OH.
L'accumulation de NH2 L'OH dans l'électrolyte lors de l'électrolyse à long terme d'une solution d'acide nitrique à 100 mmol/L par un catalyseur à couche mince de bismuth a été étudié. Après une électrolyse continue pendant 5 h, la concentration la plus élevée de NH2 L'OH a atteint 77,7 mmol/L. Enfin, 1,887 g de NH2 de haute pureté Un produit sulfate OH a été préparé.
Cette étude propose un moyen viable de synthétiser efficacement l'hydroxylamine à partir de matières premières plus simples dans des conditions plus douces, ce qui contribue à la transformation durable de l'industrie chimique.
Plus d'informations : Xiangdong Kong et al, Synthèse de l'hydroxylamine à partir de l'air et de l'eau via une voie en cascade plasma-électrochimique, Nature Sustainability (2024). DOI :10.1038/s41893-024-01330-w
Informations sur le journal : Durabilité de la nature
Fourni par l'Université des sciences et technologies de Chine
