A poluição expelida por uma economia global em expansão representa uma série de ameaças diferentes à saúde humana. Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Zhongyuan propuseram um novo caminho possível para converter eficientemente o nitrato, um poluente generalizado da água, de volta à valiosa amônia.



A equipe delineou um novo caminho para converter eficientemente nitrato em amônia usando polioxometalato com adição de metal como catalisador sob condições operacionais amenas em seu estudo publicado recentemente em Polyoxometalates .

Nas últimas décadas, vários métodos foram implantados para mitigar o nitrogênio nitrato, que contribui para a contaminação das águas subterrâneas. Estudos anteriores mostraram que a redução química pode não apenas reduzir ou eliminar o nitrogênio nitrato, mas também pode realmente fazer um bom uso do poluente prejudicial, convertendo-o em amônia – um importante produto químico industrial sintético usado em todo o mundo.

Difundida em uma ampla gama de campos, a amônia tem uma densidade energética extremamente alta e é simples de liquefazer e transportar. Um método centenário chamado processo Haber-Bosch converte o nitrogênio atmosférico em amônia por uma reação com hidrogênio usando um catalisador de metal de ferro sob altas temperaturas e pressões. No entanto, as pressões e temperaturas necessárias para o processo de “fixação” consomem grandes quantidades de energia e produzem enormes quantidades de emissões de gases com efeito de estufa.

“Deveríamos encontrar métodos de alta eficiência e ecológicos para reduzir o nitrogênio a amônia sob condições amenas”, disse Zhihui Ni, autor do estudo da Universidade de Tecnologia de Zhongyuan.

Nos últimos anos, os cientistas têm desenvolvido uma série de técnicas suaves de redução de nitrogênio como alternativas ao processo Haber-Bosch, incluindo eletrocatálise, fotocatálise e células de combustível microbianas. Destes, a reação eletroquímica de redução de nitrato é uma rota sintética alternativa promissora para a produção sustentável de amônia, porque não apenas elimina o nitrato da água, mas também produz amônia sob condições operacionais amenas.

Com base nisso, a equipe de pesquisa sintetizou dois polioxometalatos com adição de níquel (POMs), uma classe de aglomerados de óxido metálico com propriedades físico-químicas únicas que os tornam particularmente eficazes no uso de energia elétrica para conduzir uma reação química.

Graças à estabilidade das suas estruturas moleculares e às propriedades redox reversíveis, os POMs como catalisadores podem decompor os poluentes orgânicos nas águas residuais e reduzir o dióxido de carbono. Os POMs também podem catalisar transformações orgânicas simples, incluindo a formação de ligações.

A equipe de pesquisa caracterizou as estruturas dos compostos de níquel e os sintetizou hidrotermicamente para testá-los sob altas pressões. Os testes eletroquímicos da reação de redução de nitrato foram realizados utilizando uma estação de trabalho eletroquímica.

“Para avaliar a praticidade da redução de nitrato em condições reais de operação, conduzimos testes eletrocatalíticos em uma ampla faixa de concentrações de nitrato”, disse Ni. Eles também testaram a estabilidade dos eletrocatalisadores, a taxa de produção de amônia e a eficiência de Faraday, entre outros parâmetros.

Os resultados mostram redução catalítica eletroquímica de nitrogênio de alta eficiência em amônia.

"Esta descoberta cria um novo caminho para a fabricação de eletrocatalisadores de reação eletroquímica de redução de nitrato altamente eficazes, usando polioxometalato com adição de metal como catalisador em ambientes ambientes", disse Ni. "Os resultados da pesquisa oferecem conselhos práticos para a criação de catalisadores eletrocatalíticos eficazes."

Em etapas futuras, a equipe de pesquisa planeja explorar ainda mais este método de criação de catalisadores eletrocatalíticos eficazes.

Mais informações: Zhihui Ni et al, Silicotungstatos hexanucleares com adição de níquel como eletrocatalisadores de alta eficiência para redução de nitrato a amônia, Polioxometalatos (2023). DOI:10.26599/POM.2023.9140044
Fornecido pela Imprensa da Universidade de Tsinghua