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一种液态有机材料温和条件活化氮气合成氨的方法

花匠小妙招
2025-10-31 03:20

本发明属于多相催化，具体涉及一种液态有机材料温和条件下活化氮气合成氨的方法。

背景技术：

1、氨是一种非常重要的化合物，在过去一百年间，氨被作为氮肥使用，在08年就有学者指出氨的产量增长与人口增长密切相关。据统计分析，由人工固氮产生的氮肥至少养活了全球40％的人口(nature geosci,2008,1,636-639)。

2、如今，氨更是一种具有战略价值的可再生能源。因为氨完全燃烧时可以实现零碳排放。所以，氨可用于发动机燃料，有利于解决交通运输领域的碳排放问题。

3、传统船用动力系统主要以燃油为主，产生的二氧化碳排放量占全球二氧化碳排放量的3％至4％(国际海事组织数据)。而使用氨能动力系统，则能实现零碳排放。目前，我国首创首款氨燃料动力船已获国际认可。

4、所以氨对于我们的生活来说越来越重要，同时合成氨技术也受到了广泛关注。从实验室到工业化生产，科学家们对合成氨技术已经探索了100多年。如今haber-bosch法仍是唯一具有工业规模的合成氨技术。哈伯法中所需要的氢气一般通过化石能源、电解水、工业副产等几种方式制取。而我国由于"富煤、贫油、少气"的能源结构，所以合成氨中的氢气60％以上都使用的是煤制氢(中国氢能产业发展蓝皮书)。

5、煤制氢的造气过程主要经过蒸汽重整、水煤气变换、以及二氧化碳去除这三个步骤。再通过高压运输至工厂合成氨。在这整个过程中，不仅造气流程复杂，运输成本高，风险高，更为关键的是这种传统的合成氨方式每产1吨氨就会释放4吨二氧化碳。这种高碳排放的合成氨模式亟需优化、改进。

6、鉴于以上，我们提出以液态有机材料作为氢源以供氮气合成氨。这种新型合成氨策略无需造气分离，选用液态有机材料可以实现零碳排放，并且液态有机物在运输过程中无需高压压缩，运输成本更低，安全性更高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种新型合成氨策略，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的技术方案：

3、一种液态有机材料温和条件脱氢活化氮气合成氨的方法，包括以下过程：

4、在催化剂存在的条件下，对液态有机材料进行加热，同时通入氮气，进行脱氢固氮反应，其中，加热温度为200℃～800℃，反应压力为0.1mpa～10mpa，液态有机材料流速为0.01ml min-1～10ml min-1，氮气流速为1ml min-1～100ml min-1。

5、所述液态有机材料包括

6、

7、中的一种或两种以上组合，其中，r为c1-c5烷基链，x为n、o或p原子。

8、所述加热温度进一步为300℃～700℃。

9、所述反应压力进一步为0.1mpa～10mpa。

10、所述催化剂包括过渡金属多相催化剂和/或过渡金属均相催化剂。

11、所述过渡金属多相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag和sn的氧化物或复合氧化物。

12、所述过渡金属多相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag、sn的碳化物或复合碳化物。

13、所述过渡金属多相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag、sn的硫化物或复合硫化物。

14、所述过渡金属均相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag、sn中的一种或两种以上。

15、本发明的有益效果：本发明实施例通过以液态有机材料作为氢源以供氮气合成氨。传统合成氨需要用高纯的氢气和高纯的氮气进行反应，而高纯氢气制取需要经过复杂的蒸汽重整、水煤气变换及气体分离等过程，整个步骤碳排放高、能耗高，而此方法使用液态有机材料作为氢源，无需经过造气分离等过程，在反应过程中液态有机材料能够原位产氢达到供氢目的，实现一步合成氨，大大降低碳排放和能耗。并且液态有机材料，在运输过程中无需高压压缩，运输成本更低，安全性更高。

技术特征：

1.一种液态有机材料温和条件脱氢活化氮气合成氨的方法，其特征在于，包括步骤如下：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液态有机材料包括中的一种或两种以上组合，其中，r为c1-c5烷基链，x为n、o或p原子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热温度进一步为300 oc～700oc。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应压力进一步为0.1 mpa～10mpa。

5.根据权利要求1所述的方法，所述催化剂包括过渡金属多相催化剂和/或过渡金属均相催化剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡金属多相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag和sn的氧化物或复合氧化物。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡金属多相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag、sn的碳化物或复合碳化物。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡金属多相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag、sn的硫化物或复合硫化物。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡金属均相催化剂选自pt、cr、co、fe、mo、w、ce、pr、ru、rh、ir、la、ni、ti、pd、ta、ag、sn中的一种或两种以上。

技术总结
本发明属于多相催化技术领域，公开了一种液态有机材料温和条件活化氮气合成氨的方法，步骤如下：对液态有机材料进行加热，同时通入氮气，进行脱氢固氮反应，其中，加热温度为200℃～800℃，反应压力为0.1MPa～10MPa，液态有机材料流速为0.01mL min<supgt;‑1</supgt;～10mL min<supgt;‑1</supgt;，氮气流速为1mL min<supgt;‑1</supgt;～100mL min<supgt;‑1</supgt;。本发明提出以液态有机材料作为氢源以供氮气合成氨，这种新型合成氨策略无需造气分离，选用液态有机材料可以实现零碳排放，并且液态有机物在运输过程中无需高压压缩，运输成本更低，安全性更高。本发明作为一种新型合成氨策略，整个合成氨过程零碳排放，绿色环保，具有重大意义。

技术研发人员：黄瑞,何雯鑫,赵柏蓓,管晨曦,侯晓慧,王玺栋
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20