Китайские ученые создали катализатор, который превращает загрязненную нитратами воду в аммиак — основу удобрений — втрое эффективнее, чем существующие аналоги. За этой химической новостью стоит вполне практическая идея: превратить один из главных загрязнителей рек в ценное сырье для сельского хозяйства.
Нитраты попадают в реки и озера с полей и заводских стоков. Там они вызывают бурное цветение водорослей, из-за которого вода теряет кислород и речная живность гибнет. С помощью нового катализатора удастся решить сразу две задачи: очистить сточные воды и получить из них аммиак. Аммиак, в свою очередь, служит основой для производства мочевины — самого распространенного азотного удобрения в мире. Фермеры используют мочевину повсеместно, от рисовых полей в Азии до пшеничных угодий в Европе.
В основе открытия лежат двухатомные катализаторы. Это структуры, где два атома металла работают в паре и вместе запускают сложные химические реакции — то, с чем одиночный атом просто не справляется. Раньше создавать такие пары приходилось методом проб и ошибок, без четкого понимания, какие металлы подходят друг другу. Команда из Фуцзяньского института структуры вещества Китайской академии наук подключила нейросеть, которая предсказывала удачные сочетания заранее. Благодаря чему сократилось количество бесполезных экспериментов и ученые могли сразу сосредоточиться на перспективных парах.
В итоге исследователи синтезировали 14 катализаторов из редкоземельных элементов, включая иттрий, лантан и церий. Содержание металла в них достигло 12,8−30,7% по весу, что в четыре раза превышает прежний рекорд отрасли. Когда через такой катализатор пропускали загрязненную воду с электрическим током, выход аммиака оказался втрое выше, чем у обычных аналогов. При этом реакция протекает при комнатной температуре без специальных дорогостоящих печей с высоким давлением.
Для традиционных способов производства аммиака, придуманного больше ста лет назад, требуются температуры в несколько сотен градусов и давления в сотни атмосфер. Он работает на природном газе или угле и потребляет около 2% всей мировой энергии. Новая технология пока не заменит гигантские заводы, однако приближает химическую промышленность к децентрализованному производству удобрений прямо там, где есть сельскохозяйственные стоки. Для регионов с большими объемами отходов животноводства или переработки пищи это может стать дешевым дополнительным источником сырья.
Мировой рынок мочевины зависит от поставок через несколько ключевых морских маршрутов, и любые перебои сразу поднимают цены для фермеров по всему миру. Технология, которая позволяет получать аммиак из местных отходов, снижает эту зависимость. Для Китая, крупнейшего производителя и потребителя удобрений, подобный резервный источник сырья имеет стратегическое значение.
Ранее мы писали о том, что в России нашли применение отходам рыбных ферм.
Источник: hi-tech.mail.ru