Production of hydroxylamine, azanone and methanol in aqueous plasma[Синтез Гидроксиламина, Нитроксила И Метанола В Водной Плазме]

Среди множества альтернатив классическому методу Габера–Боша для связывания атмосферного азота плазменные методы часто выделяют как наиболее перспективные. В данном исследовании впервые продемонстрирована возможность связывать азот водной плазмой при комнатной температуре и атмосферном давлении, а также без катализатора и токсичных химикатов и получить в результате два ценных продукта: нитроксил (HNO)и гидроксиламин (NH2OH). Расчеты показывают, что данная необычная реакция вызывается взаимодействием электронно-возбужденного N2 с катион-радикалом димера воды (H2O)2+•. Предложенный метод обеспечивает низкую стоимость и высокую энергоэффективность фиксации N2. Продукты реакции собираются в разрядном реакторе с 76 иглами с выходом продукта 0,37 мкг см–2 ч–1 для HNO и 1,14 мкг см–2 ч–1 для NH2OH. Первый продукт, HNO, является дорогостоящим препаратом в биомедицинских приложениях, в частности для лечения сердечных заболеваний. Оценочная стоимость HNO, производимого в расчете на один кВч энергии составляет около 700 тысяч рублей. Второй продукт, NH2OH, широко используется для синтеза полимеров, в частности капрона. Он также может быть использован для производства лекарств – например, парацетамола. Аналогичный безкатализаторный подход на основе реакции с катион-радикалом димера воды в водной плазме также продемонстрирован для селективной и контролируемой трансформации метана в метанол без сверхокисления при комнатной температуре и атмосферном давлении. На данной стадии проекта выход продукта уже в 3–60 раз превышает выходы в атмосферных каталитических методах. В данный момент в лаборатории Цзянсийского университета ведётся работа по созданию более крупных реакторов, рассчитанных на связывание азота и метана водой в промышленных масштабах. Масштабирование процесса выглядит перспективным проектом, поскольку в установке полностью отсутствуют подвижные части, а весь процесс ведется при атмосферном давлении. Таким образом установка не нуждается ни в специальном вакуумном оборудовании, ни в металлоемких реакторах высокого давления.