莱斯大学的迈克·威廉姆斯 莱斯大学的工程师设计了一种铜网中的钌原子催化剂，用于从废水中提取氨和肥料
该工艺还将减少传统氨工业生产中的二氧化碳排放
鸣谢:杰夫·菲特洛/莱斯大学 铜纳米线上的少量钌原子可能是全球氨工业革命的一步，也有助于环境保护
莱斯大学乔治·R
亚利桑那州立大学布朗工程学院和太平洋西北国家实验室开发了高性能催化剂，可以以接近100%的效率从工业废水和受污染的地下水中广泛存在的低含量硝酸盐中提取氨和固体氨——又称肥料
水稻化学和生物分子工程师王浩天领导的一项研究表明，该过程将百万分之2000的硝酸盐水平转化为氨，随后是有效的气体汽提过程以收集氨产物
经过这些处理后，剩余的氮含量可以降低到世界卫生组织定义的“可饮用”水平
“我们完成了一个完整的水脱氮过程，”研究生冯说
“通过对其他污染物的进一步水处理，我们有可能将工业废水转化为饮用水
" 陈是这篇发表在《自然纳米技术》杂志上的论文的三位主要作者之一
氯化铵(左)和液氨是莱斯大学工程师开发的一种催化剂的产物，这种催化剂将废水转化为有用的化学物质
鸣谢:杰夫·菲特洛/莱斯大学 这项研究为一个依赖于每年生产超过1 . 7亿吨氨的能源密集型工艺的行业展示了一种有前途的高效工艺替代方案
研究人员从以前的研究中了解到，钌原子是催化富含硝酸盐废水的催化剂
他们的想法是将它与抑制氢析出反应的铜结合起来，这是一种从水中产生氢的方法，在这种情况下，这是一种不想要的副作用
“我们知道钌是硝酸盐还原的良好候选金属，但我们也知道有一个大问题，它很容易发生竞争反应，即析氢，”陈说
“当我们施加电流时，许多电子只会去氢，而不是我们想要的产物
" “我们从其他领域借用了一个概念，比如二氧化碳减排，它使用铜来抑制氢的释放，”王补充道
“然后我们必须找到一种将钌和铜有机结合的方法
事实证明，将单个钌原子分散到铜基体中效果最好
" 据合著者、亚利桑那州立大学化学工程助理教授克里斯托弗·穆希奇(Christopher Muhich)说，该小组使用密度泛函理论计算来解释为什么钌原子使连接硝酸盐和氨的化学路径更容易穿过
博士后研究员(左)和研究生冯在他们的水稻大学实验室进行了一项实验，从硝酸盐含量较低的废水模型中提取氨和固体氨(又称肥料)
鸣谢:杰夫·菲特洛/莱斯大学 “当只有钌时，水就会碍事，”穆希奇说
“当只有铜时，没有足够的水来提供氢原子
但是在单个钌位点上，水没有竞争好，只提供了足够的氢而没有占据硝酸盐反应的位置
" 该过程在室温和环境压力下工作，研究人员称之为“工业相关”的硝酸盐还原电流为每平方厘米1安培，这是最大化催化速率所需的电量
陈说，这应该会使扩大规模变得容易
“我认为这有很大的潜力，但它被忽视了，因为以前的研究很难达到如此好的电流密度，同时仍然保持良好的产品选择性，特别是在低硝酸盐浓度下，”他说
“但现在我们正在证明这一点
我相信我们将有机会将这一过程推向工业应用，特别是因为它不需要大型基础设施
" 该方法的主要优点是减少了传统氨工业生产中的二氧化碳排放
这些都不是无关紧要的，总计1
研究人员指出，全球年排放量的4%
“虽然我们知道将硝酸盐废物转化为氨可能无法在短期内完全取代现有的氨工业，但我们相信这一过程可以为分散的氨生产做出重大贡献，特别是在硝酸盐来源丰富的地方，”王说
除了这项新的研究，王的实验室和纳米技术使能水处理(NEWT)中心主任Rice环境工程师Pedro Alvarez的实验室最近在《物理化学杂志》上发表了一篇论文，详细介绍了在3D碳纤维纸基底上使用钴-铜纳米粒子作为从硝酸盐还原合成氨的有效催化剂
这种低成本的催化剂在废水脱氮方面也显示出巨大的潜力
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