Новости

3 сентября, 2021 12:33

«Берлинская лазурь» способствует производству аммиака

Источник: Полит.ру
Ученые создали мембрану, которая позволяет быстрее и эффективнее получать аммиак, необходимый для производства азотных удобрений, красителей, лекарств и ракетного топлива. Для этого они использовали пигмент «берлинская лазурь» — краситель синего цвета, который появился в Германии 200 лет назад. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда. Статья с итогами работы опубликована в журнале Journal of Membrane Science, кратко о них рассказала пресс-служба РНФ.
Берлинская лазурь. Источник: Wikimedia Commons

Аммиак (NH3) широко применяется в химической промышленности. Он используется при получении соды, взрывчатых веществ, азотной кислоты, удобрений, красителей, ракетного топлива и ряда лекарств. Чтобы получить аммиак, химики пропускают смесь азота и водорода через нагретый катализатор под высоким давлением, а затем охлаждают, чтобы отделить вещество от исходных реагентов. Однако очистка аммиака таким способом очень энергозатратна, так как весь объем газа, который выходит из реактора, требуется охладить до низких температур, и поэтому ученые всего мира ищут альтернативные пути.

В недавно опубликованной работе химики МГУ имени М. В. Ломоносова предложили использовать для отделения аммиака от других газов тонкие пленки каркасных структур — гексацианоферратов, известных как синий пигмент «берлинская лазурь». Это первый в истории синтетический краситель, открытый еще в начале XVIII века. Изначально он пользовался огромной популярностью у художников, будучи гораздо более дешевым в производстве, чем его аналог из лазурита — натуральный ультрамарин. Со временем же область применения берлинской лазури расширилась: теперь ее используют в лакокрасочной и легкой промышленности, медицине и ветеринарии, а также в разных областях науки (например, недавно на ее основе разработали искусственный фермент).

«За последние десятилетия  добились огромного прогресса в разделении газов с помощью полимерных мембран. Однако совершенствование этих материалов достигло предела по соотношению проницаемости и селективности. При использовании полимеров приходится выбирать между способностью мембраны быстро пропускать через себя нужные вещества и тем, насколько эффективно она задерживает то, что нужно отсеять. Мы же нашли способ обойти это ограничение, создав каркасную структуру, которая сама взаимодействует с нужным нам газом и за счет химического превращения облегчает его прохождение через мембрану», — рассказал руководитель проекта по гранту РНФ Дмитрий Петухов, старший научный сотрудник кафедры неорганической химии химического факультета и ассистент кафедры наноматериалов факультета наук о материалах МГУ имени М. В. Ломоносова.

Механизм переноса молекул аммиака через каркасную структуру берлинской лазури. Источник: Komkova et al./J. Membr. Sci., 2021

На пластинах из специально подготовленного пористого оксида алюминия с проводящим слоем золота химики сформировали ультратонкие пленки берлинской лазури. Они примерно в две тысячи раз тоньше человеческого волоса (от 15 до 50 нанометров) и выполняют роль селективного слоя мембраны, который взаимодействует с газовой смесью. Каркасная структура берлинской лазури содержит переносчики — протоны, — которые, связываясь с аммиаком, облегчают его прохождение через мембрану. Это происходит потому, что размер иона аммония (NH4+), образующегося в результате такого взаимодействия, оказывается меньше, чем у исходной молекулы аммиака. Азот и водород, присутствующие в смеси, также не проходят через каналы в структуре мембраны.

В дальнейшем ученые планируют разработать «умные» мембраны, селективностью и проницаемостью которых можно было бы управлять не только на этапе синтеза, но и в процессе разделения в газовой или жидкой среде. Возможность изменять ключевые характеристики мембраны — за счет подачи напряжения, облучения светом или других физических воздействий — позволит сделать процесс более эффективным в случае изменения состава сырьевой смеси.

21 октября, 2021
В Тульской области нашли водоросль с высоким содержанием жирных кислот
Ученые обнаружили на территории России штамм зеленой одноклеточной водоросли Coelastrella multistria...
21 октября, 2021
«Обрезание» гена сделало самцов дрозофил бесплодными
Биологи выяснили, что три четверти самцов мух-дрозофил с укороченным геном orb2 становятся бесплод...