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农民用氨作为农作物的肥料
大家是否知道，我们每年使用的氨量高达数亿吨，生成如此大量的氨消耗了约2%的总能耗，并产生了全球1.4%的二氧化碳排放，这对环境造成了不小的负担。
造成这一环境代价的部分原因是传统生产氨的方法需要高温高压。但现在，为了让氨生产更具可持续性，美国莱斯大学的研究团队 发明了一种多室化学反应器，它能够在常温常压下，将含有硝酸盐的工业废水或农业径流转化为有用的氨和纯净水。这个过程不仅减少了对环境的影响，还大大降低了能耗。
该成果于本月发表在Nature Catalysis上。当含有硝酸盐的水进入该研究团队反应器的第一间室后，电极会产生电化学反应，将液体分解为三种成分：氨、纯净水和氧。其中氨会留在第一间室，纯净水流入第二间室，而氧气则进入第三间室。
因为氨只含氮和氢，其电化学反应不需要废水以外的任何额外原料。反应生成的副产品——纯净水能够达到世界卫生组织（WHO）的饮用水标准。
作者表示，类似的反应器在之前进行过测试，但其电极无法在足够电压下转移电荷使反应发生，除非在废水中加入大量盐。研究者们通过在反应器中间室填充一种多孔材料代替了盐的作用，让废水能够无需预处理直接进入反应器，使反应器更实用。
在实验中，该反应器一小时可以处理100毫升与现实硝酸盐浓度接近的水样，并且在连续运行10天后仍保持良好的工作状态，其性能与此前设计更复杂的反应器相仿。
作者指出，该团队目前仅在实验室中用含硝酸盐的水样测试过，但还没有用含硝酸盐以外成分的现实废水进行测试。不过在研究人员的最终设想中，本地企业和农场都可以用这种反应器回收废水，不必将废水送去远方的处理厂，并浪费用其制造氨的潜力。
研究团队还设想，未来这种反应器可以由太阳能或风能驱动，实现真正的清洁能源循环利用。这技术的应用前景非常广阔。想象一下，农场可以利用自己的反应器，将废水转化为肥料，甚至作为燃料使用。这不仅减少了处理废水的成本，还提高了资源的循环利用率。
相关论文：https://doi.org/10.1038/s41929-024-01200-w
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