กระบวนการใหม่มีเป้าหมายเพื่อแยกแอมโมเนียออกจากน้ำเสีย

กระบวนการข้าวมีจุดมุ่งหมายเพื่อแยกแอมโมเนียออกจากน้ำเสีย

วิศวกรของมหาวิทยาลัยไรซ์ได้ออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาของอะตอมรูทีเนียมในตาข่ายทองแดงเพื่อแยกแอมโมเนียและปุ๋ยออกจากน้ำเสีย กระบวนการนี้ยังช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการผลิตแอมโมเนียทางอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิมอีกด้วย เครดิต: Jeff Fitlow / Rice University

อะตอมของรูทีเนียมบนตาข่ายของสายนาโนทองแดงอาจเป็นก้าวหนึ่งสู่การปฏิวัติในอุตสาหกรรมแอมโมเนียทั่วโลกที่ช่วยสิ่งแวดล้อมเช่นกัน

ผู้ทำงานร่วมกันที่โรงเรียนวิศวกรรมจอร์จ อาร์. บราวน์แห่งมหาวิทยาลัยไรซ์ มหาวิทยาลัยแห่งรัฐแอริโซนา และห้องปฏิบัติการแห่งชาติแปซิฟิก นอร์ธเวสต์ ได้พัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูงที่สามารถดึงแอมโมเนียและแอมโมเนียที่เป็นของแข็ง หรือปุ๋ยที่รู้จักกันในชื่อปุ๋ยจากไนเตรตในระดับต่ำซึ่งมีประสิทธิภาพเกือบ 100% แพร่หลายในน้ำเสียอุตสาหกรรมและน้ำใต้ดินเสีย

การศึกษาที่นำโดย Haotian Wang วิศวกรเคมีและชีวโมเลกุลของข้าว แสดงให้เห็นว่ากระบวนการแปลงระดับไนเตรต 2,000 ส่วนต่อล้านเป็นแอมโมเนีย ตามด้วยกระบวนการปอกก๊าซที่มีประสิทธิภาพสำหรับการรวบรวมผลิตภัณฑ์แอมโมเนีย ปริมาณไนโตรเจนที่เหลืออยู่หลังจากการรักษาเหล่านี้สามารถลดระดับลงสู่ระดับ “ดื่มได้” ตามที่องค์การอนามัยโลกกำหนด

“เราปฏิบัติตามกระบวนการแยกน้ำออกจากน้ำอย่างสมบูรณ์” นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Feng-Yang Chen กล่าว “ด้วยการบำบัดน้ำเพิ่มเติมสำหรับสารปนเปื้อนอื่นๆ เราสามารถเปลี่ยนน้ำเสียจากอุตสาหกรรมกลับไปเป็นน้ำดื่มได้”

เฉินเป็นหนึ่งในสามผู้เขียนหลักของบทความที่ปรากฏใน นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ.

กระบวนการข้าวมีจุดมุ่งหมายเพื่อแยกแอมโมเนียออกจากน้ำเสีย

แอมโมเนียมคลอไรด์ทางด้านซ้ายและแอมโมเนียเหลวเป็นผลิตภัณฑ์ของตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาโดยวิศวกรของมหาวิทยาลัยไรซ์เพื่อเปลี่ยนน้ำเสียให้เป็นสารเคมีที่มีประโยชน์ เครดิต: Jeff Fitlow / Rice University

การศึกษาแสดงให้เห็นทางเลือกที่มีแนวโน้มไปสู่กระบวนการที่มีประสิทธิภาพสำหรับอุตสาหกรรมซึ่งขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ใช้พลังงานมากในการผลิตแอมโมเนียมากกว่า 170 ล้านตันต่อปี

นักวิจัยทราบจากการศึกษาก่อนหน้านี้ว่าอะตอมของรูทีเนียมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาน้ำเสียที่อุดมด้วยไนเตรต บิดของพวกเขารวมกับทองแดงที่ยับยั้งปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนซึ่งเป็นวิธีในการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำซึ่งในกรณีนี้เป็นผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์

Chen กล่าว “เรารู้ว่ารูทีเนียมเป็นโลหะที่ดีในการลดไนเตรต แต่เราก็รู้ว่ามีปัญหาใหญ่ที่สามารถมีปฏิกิริยาที่แข่งขันกันได้ง่าย ซึ่งก็คือวิวัฒนาการของไฮโดรเจน” “เมื่อเราใส่กระแสไฟฟ้าเข้าไป อิเล็กตรอนจำนวนมากจะไปที่ไฮโดรเจน ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ที่เราต้องการ”

“เรายืมแนวคิดจากสาขาอื่น เช่น การลดคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งใช้ทองแดงในการยับยั้งการวิวัฒนาการของไฮโดรเจน” หวางกล่าวเสริม จากนั้นเราต้องหาวิธีที่จะรวมรูทีเนียมและทองแดงเข้าด้วยกัน ปรากฎว่าการกระจายอะตอมของรูทีเนียมเดี่ยวไปยังเมทริกซ์ทองแดงนั้นได้ผลดีที่สุด”

ทีมงานใช้การคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นเพื่ออธิบายว่าทำไมอะตอมของรูทีเนียมทำให้เส้นทางเคมีที่เชื่อมต่อไนเตรตและแอมโมเนียง่ายต่อการข้ามตามที่ผู้เขียนร่วม Christopher Muhich ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเคมีที่รัฐแอริโซนากล่าว

กระบวนการข้าวมีจุดมุ่งหมายเพื่อแยกแอมโมเนียออกจากน้ำเสีย

Zhen-Yu Wu นักศึกษาปริญญาเอกจากซ้าย และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Feng-Yang Chen ได้ทำการทดลองที่ห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัย Rice เพื่อสกัดแอมโมเนียและแอมโมเนียที่เป็นของแข็ง หรือที่เรียกว่าปุ๋ย จากแบบจำลองน้ำเสียที่มีไนเตรตในระดับต่ำ เครดิต: Jeff Fitlow / Rice University

“เมื่อมีเพียงรูทีเนียม น้ำก็จะขวางทาง” Muhich กล่าว “เมื่อมีทองแดงเพียงอย่างเดียว ก็ไม่มีน้ำเพียงพอที่จะสร้างอะตอมของไฮโดรเจน แต่ในแหล่งเดียวของรูทีเนียม น้ำไม่สามารถแข่งขันได้เช่นกัน โดยให้ไฮโดรเจนเพียงพอโดยไม่ทำให้ไนเตรตทำปฏิกิริยา”

กระบวนการทำงานที่อุณหภูมิห้องและภายใต้ความดันบรรยากาศ และสิ่งที่นักวิจัยเรียกว่า “กระแสลดไนเตรตที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม” ที่ 1 แอมป์ต่อตารางเซนติเมตร ปริมาณไฟฟ้าที่จำเป็นในการเพิ่มอัตราการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งจะทำให้ง่ายต่อการขยาย เฉินกล่าว

“ฉันคิดว่าสิ่งนี้มีศักยภาพสูง แต่ก็ถูกละเลยเพราะการศึกษาก่อนหน้านี้เป็นเรื่องยากที่จะเข้าถึงความหนาแน่นของกระแสที่ดีในขณะที่ยังคงเลือกผลิตภัณฑ์ที่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้ความเข้มข้นของไนเตรตต่ำ” เขากล่าว “แต่ตอนนี้เรากำลังแสดงให้เห็นเพียงแค่นั้น ฉันมั่นใจว่าเราจะมีโอกาสผลักดันกระบวนการนี้สำหรับแอปพลิเคชันทางอุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งเพราะมันไม่ต้องการโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่”

ประโยชน์ที่สำคัญของกระบวนการนี้คือการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการผลิตแอมโมเนียทางอุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม นักวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าสิ่งเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญซึ่งคิดเป็น 1.4% ของการปล่อยมลพิษประจำปีของโลก

“ในขณะที่เราเข้าใจว่าการเปลี่ยนของเสียจากไนเตรตเป็นแอมโมเนียอาจไม่สามารถทดแทนอุตสาหกรรมแอมโมเนียที่มีอยู่ได้อย่างเต็มที่ในระยะสั้น เราเชื่อว่ากระบวนการนี้อาจมีส่วนสำคัญต่อการผลิตแอมโมเนียแบบกระจายอำนาจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสถานที่ที่มีไนเตรตสูง” นายวังกล่าว .

นอกเหนือจากการศึกษาใหม่แล้ว ห้องทดลองของ Wang และวิศวกรสิ่งแวดล้อมของข้าว Pedro Alvarez ผู้อำนวยการศูนย์บำบัดน้ำที่เปิดใช้งานนาโนเทคโนโลยี (NEWT) เพิ่งตีพิมพ์บทความใน วารสารเคมีเชิงฟิสิกส์ C ให้รายละเอียดการใช้อนุภาคนาโนของโคบอลต์-ทองแดงบนกระดาษคาร์บอนไฟเบอร์ 3 มิติ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แอมโมเนียจากการลดไนเตรต ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีต้นทุนต่ำนี้ยังแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการดีไนตริฟิเคชั่นในน้ำเสีย


การใช้ชาเขียวเป็นสารรีดิวซ์ในการเตรียมวัสดุนาโนเพื่อสังเคราะห์แอมโมเนีย


ข้อมูลมากกว่านี้:
Feng-Yang Chen et al, การแปลงแหล่งไนเตรตที่มีความเข้มข้นต่ำเป็นแอมโมเนียอย่างมีประสิทธิภาพด้วยเครื่องเร่งปฏิกิริยาด้วยลวดนาโน Cu ที่กระจายตัว นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ (2022). ดอย: 10.1038/s41565-022-01121-4

จัดทำโดยมหาวิทยาลัยไรซ์

การอ้างอิง: กระบวนการใหม่มีเป้าหมายที่จะดึงแอมโมเนียออกจากน้ำเสีย (2022, 2 พ.ค. ดึงข้อมูล 2 พฤษภาคม 2565 จาก https://phys.org/news/2022-05-aims-ammonia-wastewater.html

เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น

(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*