[发明专利]常温常压水相条件下合成氨的方法

说明书

本发明属于材料技术领域，具体为一种常温常压水相条件下合成氨的方法。本发明通过行星式球磨机进行机械球磨，在不锈钢材质的球磨罐中放入不锈钢材质磨球、纯水并通入氮气，常温常压下直接球磨，反应完成后溶液经过静置离心，通过离子色谱法验证了溶液中存在铵根离子(NH₄⁺)，证明常温常压下以水和氮气为原料直接机械球磨合成氨的可行性。本发明利用氮气作为氮原子的来源，利用水作为氢质子的来源，避免了现有工业合成氨方法中使用氢气作为氢质子来源，免除了制备氢气产生的环境污染。同时，利用水作为反应物，缓解了磨球与球磨罐体的磨损，延长球磨设备的使用寿命。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种常温常压水相条件下氨的合成方法。

背景技术

当前氨(NH₃)的工业生产主要通过Haber-Bosch工艺进行。自该工艺实施以来，使全球人口几乎翻了两番，同时在国防领域至关重要，被誉为20世纪最重要的发明。该工艺在高温和高压条件下(300-550℃，15-25 MPa)使用铁基催化剂进行。然而对设备要求高，并且能源消耗大，消耗了世界总能源的1-2％，并排放大量的CO₂，造成了严重的环境污染。因此，开发绿色清洁、低能耗的合成氨工艺具有重要的社会意义。

本发明提出一种以水和氮气为原料，通过机械化学法合成氨气(NH₃)的新方法。通过行星式球磨机进行机械球磨，在不锈钢材质的球磨罐中放入不锈钢材质磨球、纯水并通入氮气，常温常压下直接球磨，反应完成后溶液经过静置离心，通过离子色谱法验证了溶液中存在铵根离子(NH₄⁺)，证明了常温常压下以水和氮气为原料直接机械球磨合成氨的可行性。相对于Haber-Bosch工艺，该方法反应条件简单，对设备要求低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便、低能耗的常温常压水相条件下合成氨的方法。

本发明提供的常温常压水相条件下合成氨的方法，是通过球磨过程获得机械力，使合成氨反应势垒降低，诱发并促进常温常压下难以进行的合成氨反应。具体步骤为：

（1）将适量的纯水和不锈钢材质磨球置于不锈钢材质的真空球磨罐中，对球磨罐通入氮气一段时间排除罐体内的空气，密封球磨罐，使罐体内处于常温常压充满氮气的环境；

（2）将步骤（1）中准备好的球磨罐安装在行星式球磨机中，以300~600转/分钟的速率球磨1~12小时，完成反应后取出球磨罐；

（3）取出步骤（2）罐体中的溶液，静置，取上层清液，通过离心机离心两次，进一步去除球磨过程中产生的铁屑，每次离心12000-15000r/min，时间4-8min；

（4）将步骤（3）中的水溶液通过离子色谱法检测，测出NH₄⁺的浓度，验证该合成氨方法的可行性并计算出产氨性能。

本发明中，球磨罐和磨球均为不锈钢材质。

本发明中，球磨罐的容积为250mL，选用不同直径大小的磨球（2个Φ15、6个Φ12、12个Φ10、54个Φ8、206个Φ4），装球量共计300g。

本发明中，水的量至少淹没磨球。

本发明的有益效果在于：

本发明在常温常压下，以水和氮气为原料通过球磨实现了高效合成氨反应。

本发明利用氮气作为氮原子的来源，利用水作为氢质子的来源，避免了现有工业合成氨方法中使用氢气作为氢质子来源，免除了制备氢气产生的环境污染。同时，利用水作为反应物，一定程度上缓解了磨球与球磨罐体的磨损，延长球磨设备的使用寿命。

附图说明