استخراج ارزان قیمت آمونیاک از پساب‌های صنعتی

به گزارش خبرگزاری صدا وسیما، به نقل از پایگاه خبری فناوری نانو ایران، با همکاری محققان دانشکده مهندسی جرج آر. براون دانشگاه رایس، دانشگاه ایالتی آریزونا و آزمایشگاه ملی نورث‌وسترن پاسیفیک، کاتالیزوری با کارایی بالا توسعه یافته است که می‌تواند با بازدهی نزدیک به ۱۰۰ درصد، آمونیاک و کود را از سطوح پایین نیترات، که در پساب‌های صنعتی و آب‌های زیرزمینی آلوده پخش هستند، بیرون بکشد.

یافته‌های محققان نشان می‌دهد که این فرآیند سطوح نیترات ۲۰۰۰ قسمت در میلیون را به آمونیاک تبدیل می‌کند و به دنبال آن یک فرآیند حذف گاز کارآمد برای جمع‌آوری محصول آمونیاک انجام می‌شود. نیتروژن باقی مانده را می‌توان به سطوح قابل نوشیدن طبق تعریف سازمان بهداشت جهانی کاهش داد.

فنگ یانگ چن از محققان این پروژه گفت: «ما یک فرآیند کامل نیترات زدایی آب را انجام دادیم. با تصفیه بیشتر آب بر روی سایر آلاینده‌ها، می‌توانیم فاضلاب صنعتی را به آب آشامیدنی تبدیل کنیم.»

این مطالعه جایگزین امیدوارکننده‌ای برای فرآیند‌های کارآمد صنعتی است که به روشی انرژی‌بر برای تولید بیش از ۱۷۰ میلیون تن آمونیاک در سال وابسته است.

محققان از مطالعات قبلی می‌دانستند که اتم‌های روتنیم در کاتالیز کردن فاضلاب غنی از نیترات پیشرو هستند. ترفند آن‌ها ترکیب آن با مس بود که واکنش تولید هیدروژن را سرکوب می‌کند، راهی برای تولید هیدروژن از آب که در این مورد یک واکنش جانبی ناخواسته است.

چن گفت: «ما می‌دانستیم که روتنیم یک فلز مناسب برای احیای نیترات است، همچنین می‌دانستیم که یک مشکل بزرگ وجود دارد و آن اینکه این فرآیند می‌تواند به راحتی یک واکنش رقابتی داشته باشد، که تولید هیدروژن است. زمانی که جریان را اعمال می‌کنیم، بسیاری از الکترون‌ها فقط به سمت تولید هیدروژن می‌روند، نه محصولی که ما می‌خواهیم.»

وانگ افزود: «ما مجبور شدیم راهی برای ترکیب روتنیوم و مس پیدا کنیم. معلوم شد که پراکندگی تک اتم‌های روتنیوم در ماتریس مس بهترین عملکرد را دارد.»

موهیچ گفت: «وقتی فقط روتنیم وجود داشته باشد، آب غالب می‌شود. وقتی فقط مس وجود دارد، آب کافی برای تامین اتم‌های هیدروژن وجود ندارد. اما در سایت‌های منفرد روتنیوم، آب به خوبی رقابت نمی‌کند و هیدروژن کافی را بدون ایجاد مزاحمت، فراهم می‌کند.»

این فرآیند در دمای اتاق و تحت فشار محیط کار می‌کند و محققان در جریان احیاء نیترات ۱ آمپر بر سانتی‌متر مربع، یعنی مقدار الکتریسیته مورد نیاز برای به حداکثر رساندن سرعت کاتالیزور، استفاده کردند.

یکی از مزایای اصلی این فرآیند کاهش انتشار دی اکسید کربن ناشی از تولید صنعتی سنتی آمونیاک است. محققان خاطرنشان کردند که این مقدار ناچیز نیستند و ۱٫۴ درصد از انتشار سالانه جهان را تشکیل می‌دهند.