Equipe de pesquisa produz hidroxilamina a partir do ar e da água

uma ,b , Fotografias do absorvente imaculado (a ) e o absorvente após absorver as substâncias gasosas produzidas pelo dispositivo de descarga de plasma por 30 segundos (b ). Os frascos dos lados esquerdo e direito foram utilizados como grupos controle e experimental, respectivamente. c , A concentração de HNO₃ em 30 ml de absorvente sob diversas vazões de ar ambiente para uma descarga de 5 min. d , A concentração acumulada de HNO₃ em 30 ml de absorvente sob vazão de 200 padrão cm³ min⁻¹ para vários tempos de descarga. e , Estabilidade cíclica para a preparação de HNO₃ em 30 ml de absorvente sob vazão de 200 padrão cm³ min⁻¹ em cada ciclo para uma descarga contínua de 30 minutos. Crédito:Sustentabilidade da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41893-024-01330-w

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Zeng Jie e Prof Geng Zhigang da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) propôs um novo modelo para hidroxilamina sustentável (NH₂ Síntese de OH) através de uma via de cascata eletroquímica de plasma (PECP). Eles alcançaram a síntese verde e sustentável de NH₂ OH do ar ambiente e da água em condições amenas. O estudo deles foi publicado na Nature Sustainability.

NH₂ OH, como um importante intermediário químico, é amplamente utilizado nas áreas de química fina da medicina, pesticidas, têxteis e muito mais. Os métodos tradicionais de produção de NH₂ OH inclui principalmente o processo Raschig, um método de redução de óxido nítrico e um método de redução de ácido nítrico. No entanto, o processo Raschig causa uma grande perda de nitrogênio e poluição ambiental; enquanto os outros dois métodos geram grandes emissões de carbono. É, portanto, urgente desenvolver um novo processo de síntese verde, de baixo carbono e sustentável para NH₂ OH.

Espera-se que o processo de eletrossíntese impulsionado pela eletricidade verde e usando água como fonte de prótons supere as desvantagens do NH₂ tradicional. Processos de produção de OH. No entanto, devido à estabilidade termodinâmica das moléculas de azoto, é difícil conseguir uma activação eficiente das moléculas de azoto no processo electrocatalítico directo do azoto.

Os pesquisadores alcançaram a síntese verde e sustentável de NH₂ OH usando apenas ar e água como matéria-prima, desenvolvendo um novo processo que acopla a fixação de nitrogênio plasmático à produção de ácido nítrico com a redução eletrocatalítica de ácido nítrico a NH₂ OH. Além disso, a equipe projetou um dispositivo de descarga de plasma com múltiplas pontas paralelas, de modo a ampliar a zona de sobreposição para a ativação eficiente do gás nitrogênio.

Primeiro, os pesquisadores introduziram ar no dispositivo de descarga de arco paralelo de plasma e usaram uma solução aquosa contendo laranja de metila como absorvente dos gases de escape para converter a solução de neutra em ácida. Ao otimizar a vazão de ar, obtiveram uma solução de ácido nítrico com concentração máxima de 20,3 milimoles por litro. Com cada ciclo de reação durando 30 minutos, o dispositivo de descarga de plasma manteve excelente estabilidade ao longo de 20 ciclos. A solução de ácido nítrico obtida poderia ser usada diretamente para a síntese eletrocatalítica de NH₂ OH após diluição e adição de eletrólitos.

Além disso, a equipe também preparou um catalisador de película fina de metal de bismuto por meio de pulverização catódica com magnetron e aplicou-o à redução eletrocatalítica de ácido nítrico para produzir NH₂ OH.

A acumulação de NH₂ OH no eletrólito durante a eletrólise de longo prazo de uma solução de ácido nítrico a 100 mmol/L por um catalisador de película fina de bismuto foi investigado. Após eletrólise contínua por 5 h, a maior concentração de NH₂ OH atingiu 77,7 mmol/L. Finalmente, 1,887 g de NH₂ de alta pureza O produto sulfato de OH foi preparado.

Este estudo propõe uma forma viável de sintetizar eficientemente a hidroxilamina a partir de matérias-primas mais simples em condições mais amenas, o que contribui para a transformação da sustentabilidade da indústria química.

Mais informações: Xiangdong Kong et al, Síntese de hidroxilamina do ar e da água através de uma via de cascata eletroquímica de plasma, Nature Sustainability (2024). DOI:10.1038/s41893-024-01330-w
Informações do diário: Sustentabilidade da Natureza

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Investigando o efeito de envenenamento da deposição de carbono durante a eletrorredução de CO₂

Pesquisadores propõem design OLED azul profundo exibindo gama de cores BT.2020

Química