水稻工程师找到了一种将水污染转化为有价值的化学物质的方法

氨基化肥产生的污染会通过火箭燃料的一面重新转化为氨

莱斯大学的研究人员发现了一种更简单的方法来去除水中的致癌污染物，并将其转化为有价值的化学物质。

迈克·王和切尔西·克拉克。杰夫·菲特洛拍摄

Michael Wong、Thomas Senftle和他们的团队发现了一种新的催化剂，可以将亚硝酸盐污染物废物转化为氨(一种主要用作化肥和家用清洁剂的化合物)，以及用作火箭燃料的联氨。

“农业化肥污染地面和地表水,造成藻类大量繁殖等生态效应以及对人类重大不利影响,包括癌症、高血压和婴儿发育问题,”黄说,教授和系主任的化学和生物分子工程学Rice’s布朗工程学院。“i’我对氮化学非常好奇，尤其是如果我能设计出像亚硝酸盐和硝酸盐这样的含氮化合物的净水材料。”

这项发表在ACS催化期刊上的研究挑战了只有钯基催化剂才能有效还原亚硝酸根的观点，并拓展了还原过程的前沿。

对于Wong的团队来说，从亚硝酸盐废物中产生氨尤其令人兴奋。以氨为基础的肥料对全球粮食供应至关重要，而且氨也被认为是一种可以应对气候变化的无碳液体燃料。但是，氨生产商仍然严重依赖能源密集型的Haber-Bosch工艺，而从亚硝酸盐废料中制造氨可能是一个绿色的选择，Wong说。

在过去的二十年中，通过催化去除水中污染物已经成为一种很有前途的技术。由于钯被认为是消除硝酸盐和亚硝酸盐最有效的金属，对其他金属催化剂性能的研究很少。

在较高的pH值下，铑产生大量的铵和少量的肼。

Wong的学生和合作者团队测试了铑催化剂去除亚硝酸根的效果，与一种著名的钯材料相比。研究小组得出结论，在较高的pH值下，钯主要产生二氮，而铑产生大量的铵和少量的肼。

“启动这个项目的初衷是希望找到一种比常用的钯更便宜的金属，”Wong说。“虽然铑并不便宜，但我们发现它可以做一些钯做不到的事情——在更高的pH值下进行化学反应，生成更多的氨。”这是一种新的化学反应，引发了后续的问题，我们只是继续沿着面包屑的方向走。”

”是化学和生物分子工程的助理教授，他说，这项研究解释了为什么这种材料在会导致传统催化剂失活的条件下会变得更有效。“为设计性能优良的亚硝酸盐还原催化剂开辟了新的途径。”

这篇论文建立在氮化学研究的基础上，而6037s正日益成为Wong和他的团队关注的焦点。2017年，他们发表了一项关于一种可以快速、廉价地将硝酸盐转化为二氮气体的材料的研究。

Wong认为，基于这种新型铑催化剂的催化转化器技术，可能最有用的用途是作为一个过滤器，安装在容易产生径流的地方，比如农场。

他说:“事实上，我们可以开始考虑在哪里实施这一技术，因为我们现在可以接触到化学物质。”

Wong和他的团队最惊讶的是铑催化剂产生的联氨。

“这项研究最让我兴奋的是对肼的观察，”黄实验室的研究生切尔西·克拉克(Chelsea Clark)说，“它为我们提供了从亚硝酸盐废水中制造其他有用化学物质的新思路。”

虽然Wong和他的团队还不知道如何才能最好地实施这种化学反应，但他们渴望探索它所带来的机会。

“我对去除亚硝酸盐，形成氨和肼，以及我们发现的这一切是如何发生的化学反应感到兴奋，”Wong说。“最重要的收获是，我们学会了如何以更简单的方式清洁水，并创造出比废水更有价值的化学物质。”

其他合著者包括C. Prakash Reddy、Hao Xu、Kimberly Heck和Luo Guohua，他们都是Rice的作者。这项研究得到了美国国家科学基金会纳米系统工程研究中心的部分资助。