利用仿生型觸媒,開發常溫常壓製氨技術

 

刊登日期:2020/1/6
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日本名古屋工業大學的研究團隊利用生物模仿類型的觸媒,開發了一項可在常溫常壓環境下製造氨的製程,由於是以再生能源、水及氮氣為原料合成氨,因此與一般製程相比,可以大幅降低環境負擔。

由於氨有廣泛的用途,成為世界上產量最多的無機化合物之一,而過去一百年以來,世人一直使用哈柏法(Haber–Bosch Process)以大氣中的氮氣與石化燃料由來的氫氣為原料,在400~500 ℃、10~20 MPa的高溫高壓條件下製作氨。另一方面,自然界中的固氮菌(Azotobacter)則是可以在常溫常壓環境下,利用水與空氣中的氮合成出氨,並推測其生產量超越工業上的生產量。

而名古屋工業大學的研究團隊即以開發出近似於自然界的氨合成製程為目標,利用離子液體與載持在電極表面的金屬錯合物觸媒(Metal Complex Catalyst)形成特殊的反應場域,讓水與氮氣進行反應,在常溫常壓下合成氨。電極採用了金、硫黃結合電極,並將以鐵與鉬(Mo)為主形成的金屬錯合物觸媒在離子液體中,讓水電解生成的質子與氮氣反應,進而實現了相近於生物體的反應條件。

在新能源產業技術總合開發機構(NEDO)的先進研究計畫中,名古屋工業大學、愛知工業大學及日揮公司也展開了共同研究,確認了新製程的有效性。在此研究計畫中,以日產量20噸的氨製造為前提,日揮展開了性能評估,並與既有技術進行比較。試算結果顯示,相對於既有技術是以運轉壓力5 MPa、反應溫度400 ℃達到氮氣轉化率12.5 %,新技術則是以運轉壓力0.3 MPa、反應溫度為常溫的狀態下實現20 %的氮氣轉化率。經過概算,製造成本約可降低17 %。

今後在日揮的協助開發之下,將針對量產等級的實證進行評估規劃,預計將從地產地消型的中小型規模製造廠開始展開。


資料來源: 化學工業日報 / 材料世界網編譯
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