Un equipo de investigación dirigido por el profesor Zeng Jie y el profesor Geng Zhigang de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) ha propuesto un nuevo modelo para la hidroxilamina sostenible (NH2 OH) síntesis a través de una vía en cascada electroquímica plasmática (PECP). Lograron la síntesis verde y sustentable de NH2 OH del aire ambiente y del agua en condiciones suaves. Su estudio se publica en Nature Sustainability.
NH2 El OH, como importante intermediario químico, se utiliza ampliamente en los campos de química fina de la medicina, pesticidas, textiles y más. Los métodos tradicionales de producción de NH2 Los OH incluyen principalmente el proceso Raschig, un método de reducción de óxido nítrico y un método de reducción de ácido nítrico. Sin embargo, el proceso Raschig provoca una gran pérdida de nitrógeno y contaminación ambiental; mientras que los otros dos métodos generan grandes emisiones de carbono. Por tanto, es urgente desarrollar un nuevo proceso de síntesis verde, bajo en carbono y sostenible para NH2 Ah.
Se espera que el proceso de electrosíntesis impulsado por electricidad verde y utilizando agua como fuente de protones supere los inconvenientes del NH2 tradicional. Procesos de producción de OH. Sin embargo, debido a la estabilidad termodinámica de las moléculas de nitrógeno, es difícil lograr una activación eficiente de las moléculas de nitrógeno en el proceso electrocatalítico directo del nitrógeno.
Los investigadores han conseguido la síntesis verde y sostenible de NH2 OH utilizando únicamente aire y agua como materias primas mediante el desarrollo de un nuevo proceso que combina la fijación de nitrógeno en plasma con la producción de ácido nítrico con la reducción electrocatalítica del ácido nítrico a NH2 OH. Además, el equipo ha diseñado un dispositivo de descarga de plasma con múltiples puntas paralelas para ampliar la zona de superposición para la activación eficiente del gas nitrógeno.
Primero, los investigadores introdujeron aire en el dispositivo de descarga de arco paralelo de plasma y utilizaron una solución de agua que contenía naranja de metilo como absorbente de gases de escape para convertir la solución de neutra a ácida. Optimizando el caudal de aire, obtuvieron una solución de ácido nítrico con una concentración máxima de 20,3 milimoles por litro. Con cada ciclo de reacción que duró 30 minutos, el dispositivo de descarga de plasma mantuvo una excelente estabilidad durante 20 ciclos. La solución de ácido nítrico obtenida podría usarse directamente para la síntesis electrocatalítica de NH2 OH después de la dilución y adición de electrolitos.
Además, el equipo también preparó un catalizador de película delgada de metal de bismuto mediante pulverización catódica con magnetrón y lo aplicó a la reducción electrocatalítica de ácido nítrico para producir NH2. Ah.
La acumulación de NH2 Se investigó el OH en el electrolito durante la electrólisis a largo plazo de una solución de ácido nítrico de 100 mmol/L mediante un catalizador de película delgada de bismuto. Después de una electrólisis continua durante 5 h, se alcanzó la concentración más alta de NH2 El OH alcanzó 77,7 mmol/L. Finalmente, 1,887 g de NH2 de alta pureza. Se preparó el producto sulfato OH.
Este estudio propone una forma viable de sintetizar eficientemente hidroxilamina a partir de materias primas más simples en condiciones más suaves, lo que contribuye a la transformación sostenible de la industria química.
Más información: Xiangdong Kong et al, Síntesis de hidroxilamina a partir de aire y agua mediante una vía en cascada electroquímica de plasma, Sostenibilidad de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41893-024-01330-w
Información de la revista: Naturaleza Sostenibilidad
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China
