העברת אוריאה ביעילות מתוך מים מזוהמים מתממשת

פרסומת
X-ray_Promo1


חוקרי WPI פיתחו חומר להסרת אוריאה מהמים ועלול להפוך אותו לגז מימן. על ידי בניית חומרים אלה של אטומי ניקל וקובלט עם מבנים אלקטרוניים מותאמים בקפידה, הקבוצה פתחה את הפוטנציאל לאפשר לתחמוצות והידרוקסידים של מתכות מעבר אלה לחמצן באופן סלקטיבי אוריאה בתגובה אלקטרוכימית.

פרסומת

המחקר, בראשות Xiaowei Teng, פרופסור ג'יימס ה. מאנינג להנדסה כימית ב-WPI, פורסם לאחרונה ב- Journal of Physical Chemistry Letters ומודגש בשער הקדמי המשלים של הפרסום.

האתגר של הסרת אוריאה מהמים

אוריאה היא דשן חקלאי חנקן בעלות נמוכה ומוצר טבעי מחילוף החומרים האנושי. נגר חקלאי עשיר באוריאה והזרמת שפכים עירוניים גורמים לפריחת אצות מזיקה לאוטרופיה ואזורים מתים היפוקסיים המשפיעים לרעה על הסביבה המימית ועל בריאות האדם.

יחד עם זאת, המאפיינים הייחודיים של אוריאה הופכים אותו למדיום אחסון מימן פוטנציאלי שיכול להציע ייצור מימן בר-קיימא לפי דרישה. לדוגמה, אוריאה אינה רעילה, בעלת מסיסות מים גבוהה ובעלת תכולת מימן גבוהה (6.7% במשקל). לפיכך, אלקטרוליזה של אוריאה לייצור מימן יעילה וחסכונית יותר באנרגיה מאשר אלקטרוליזה במים.

החולשה של אלקטרוליזה של אוריאה הייתה תמיד היעדר זרזים זולים ויעילים ביותר המחמצנים באופן סלקטיבי אוריאה במקום מים, אבל טנג וצוותו מצאו פתרון: ייצור אלקטרו-זרזים המורכבים מאטומי ניקל וקובלט בעלי אינטראקציה סינרגטית עם מבנים אלקטרוניים ייחודיים. לחמצון אלקטרו אוריאה סלקטיבי.

פתיחת סלקטיביות ופעילות משופרת

המחקר של צוות WPI התרכז בתחמוצות ניקל וקובלט הומוגניות והידרוקסידים. חוקרים מצאו שהמפתח לשיפור הפעילות האלקטרוכימית והסלקטיביות שלו לחמצון אוריאה טמון בהתאמת המבנים האלקטרוניים הייחודיים עם מינים דומיננטיים של Ni2+ ו-Co3+.

"תצורה אלקטרונית זו היא גורם מרכזי לשיפור הסלקטיביות של חמצון אוריאה מכיוון שאנו רואים שערכיות ניקל גבוהה יותר, כגון Ni3+, אכן עוזרת לייצר תגובה מהירה עם פלט זרם חשמלי חזק; עם זאת, חלק גדול מהזרם היה ממים לא רצויים חמצון," אמר טנג.

כדי להבין טוב יותר את האפקט הזה, הקבוצה של טנג שיתפה פעולה עם אהרון דסקינס, פרופסור להנדסה כימית ב-WPI. Deskins ביצע את ההדמיות החישוביות ומצא כי ערבוב הומוגני של תחמוצות ניקל וקובלט והידרוקסידים הועיל לחלוקה מחדש של האלקטרונים ממינים Ni2+ ל-Co3+ והסטת אלקטרוני ערכיות לאנרגיה גבוהה יותר, כך שהזרזים Ni/Co היו מוכנים יותר להשתתף בהתקשרות עם אוריאה ומים. מולקולות.

יישומים וצפי עתידי

דשן חנקן עיקרי ותוסף מזון, אוריאה הופק באופן מסחרי כבר בשנות ה-20; כ-180 מיליון טון מטרי הופקו בשנת 2021. ניתן להפיק אוריאה ממקורות טבעיים; אדם בוגר מייצר 1.5 ליטר שתן מדי יום, שווה ערך ל-11 ק"ג של אוריאה ו-0.77 ק"ג של גז מימן בשנה.

הממצאים של הצוות יכולים לסייע בשימוש ב-urea בזרמי פסולת כדי לייצר ביעילות דלק מימן בתהליך האלקטרוליזה, ויכולים לשמש לקיבוע אוריאה ממים, שמירה על הקיימות ארוכת הטווח של מערכות אקולוגיות ולחולל מהפכה בקשר אנרגיה-מים.

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע תחת פרס מספר 2236704.



קישור לכתבת המקור – 2024-01-18 19:20:56

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר