A elecrossíntese de uréia da Flue Gasoline alcança alta eficiência, sem subprodutos de amônia

Uréia, com a fórmula Co (NH₂)₂é um composto químico amplamente utilizado em uma variedade de setores, incluindo fabricação, agricultura e várias indústrias. Convencionalmente, esse composto é produzido através de um processo de duas etapas que implica a síntese de amônia a partir de nitrogênio (N₂) e sua reação subsequente com dióxido de carbono (CO₂).

Esta reação ocorre em altas temperaturas e abaixo alta pressãolevando à formação de um composto chamado carbamato de amônio. Este composto é então decomposto em pressões mais baixas, o que finalmente produz uréia e água.

Os processos tradicionais para a produção de uréia são muito intensivos em energia, o que significa que para produzir quantidades desejadas de uréia, eles consomem muita energia elétrica. Nos últimos anos, alguns engenheiros têm tentado criar estratégias mais eficientes em termos de energia para sintetizar a uréia.

Uma abordagem possível pode ser sintetizar diretamente a uréia de CO₂ e n₂ usando eletrolisadores, dispositivos que utilizam eletricidade para facilitar reações químicas. Até agora, o uso desses dispositivos para sintetizar a uréia se mostrou difícil, pois as reações laterais não procuradas dentro dos dispositivos geralmente produzem outros compostos.

Pesquisadores da Universidade Solar Yat-Sen, na China, introduziram recentemente uma nova estratégia para sintetizar a uréia pura a partir de gás de combustão pré-tratado, um gás residual emitido de processos industriaisem um ambiente limitado por prótons alcançado usando um eletrolisador que integra um eletrólito de estado sólido. O papel deles, publicado em Nanotecnologia da naturezapoderia abrir novas oportunidades valiosas para a produção de uréia com eficiência energética em larga escala.

“A eletrotossíntese da uréia pura através da co-redução de CO₂ e n₂ continua sendo um desafio “, escreveu Yan-Chen Liu, Jia-Run Huang e seus colegas em seu artigo.” Mostramos que um ambiente limitado por próton estabelecido em um eletrolisador equipado com um eletrólito de estado sólido poroso, desprovido de um eletrólito aquoso, pode suprimir a reação da evolução do hidrogênio e a hidrogenação excessiva de N₂ para amônia.

“Isso pode ser propício ao acoplamento c -n de *co₂ com *NHN (o intermediário da semi-hidrogenação de n₂), facilitando assim a produção de uréia “.

A nova estratégia para sintetizar a uréia introduzida por esta equipe de pesquisa depende principalmente da criação de um ambiente limitado por prótons, uma condição na qual os íons de hidrogênio (ou seja, prótons) são escassos. Essa condição foi realizada com sucesso usando um eletrolisador que contém um eletrólito de estado sólido poroso.

“Usando nanopartículas de uma estrutura bidimensional de metal-azolato ultrafina com aglomerados heterotrimetais cíclicos como catalisador, a eficiência faradaica da produção de uréia a partir de gás pré-tratado (que contém principalmente 85% N₂ e 15% co₂) é tão alto quanto 65,5%, e não foram gerados amônia e outros produtos líquidos “, escreveu Liu, Huang e seus colegas.

“Com uma tensão celular baixa de 2,0 V, a corrente pode atingir 100 mA, e a taxa de produção de uréia é tão alta quanto 5,07 gg_gato^-1 h^-1ou 84,4 mmol g_gato^-1h^-1. Notavelmente, pode produzir continuamente 6,2% em uréia pura solução aquosa por pelo menos 30 h e cerca de 1,24 g de uréia pura sólida foi obtida. “

Nos experimentos iniciais da equipe, sua estratégia permitiu a produção contínua de uréia de alta pureza, sem subprodutos de amônia, enquanto consumia menos energia do que as abordagens de síntese de uréia convencionais. No futuro, poderá ser testado ainda mais e implementado em larga escala, potencialmente permitindo a produção mais verde e econômica da uréia em larga escala.

“O uso de gás de combustão pré -tratado como matéria -prima direta reduz significativamente os custos de entrada e a alta taxa de reação e seletividade contribuem para uma redução na escala do sistema e nos custos operacionais”, escreveu os pesquisadores.

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