Onsite ammonia synthesis from water vapor and nitrogen in the air

氨生产 相对湿度 水蒸气 环境科学 湿度 氮气 大气压力 二氧化碳 环境化学 每个符号的零件数 催化作用 材料科学 制浆造纸工业 化学 气象学 有机化学 物理 工程类
作者
Xiaowei Song,Chanbasha Basheer,Jinheng Xu,Richard N. Zare
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:10 (50)
标识
DOI:10.1126/sciadv.ads4443
摘要

An innovative method for onsite ammonia synthesis under ambient conditions has been developed using a catalyst mesh composed of magnetite (Fe 3 O 4 ) and Nafion polymer. We pass air through the catalyst, which condenses microdroplets from atmospheric water vapor and uses nitrogen from the air, resulting in ammonia concentrations ranging from 25 to 120 μM in 1 hour, depending on local relative humidity. Operated at room temperature and atmospheric pressure, this technique eliminates the need for additional electricity or radiation, thereby substantially reducing carbon dioxide emissions compared to the traditional Haber-Bosch process. In laboratory experiments, we further optimized the reaction conditions and scaled up the process. After 2 hours of spraying, the ammonia concentration increased to 270.2 ± 25.1 μM. In addition, we present a portable device designed for onsite ammonia production which consistently produces an ammonia concentration that is adequate for some agricultural irrigation purposes.

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