Un nuevo enfoque de bucle químico está ayudando a optimizar la reacción de Ostwald y hacer que la producción de ácido nítrico sea un poco «más ecológica».

En el debate sobre el clima, existe una conciencia cada vez mayor de que muchas sustancias químicas básicas producidas en una escala de varios millones de toneladas todavía dependen de procesos industriales que se desarrollaron hace unos cien años. Sin excepción, consumen mucha energía y gases de efecto invernadero y ya no son sostenibles en una sociedad sostenible.

Quizás el más visible de estos procesos a gran escala sea la síntesis de hidrocarburos, amoníaco, urea, ácido sulfúrico e hidrógeno mediante los procesos de reformado con vapor de metano, contacto y vapor de Fischer-Tropsch, Haber-Bosch, Bosch-Meiser, respectivamente. Estos conocidos productos químicos se utilizan, por ejemplo, en la producción de fertilizantes, polímeros, combustibles, detergentes y medicamentos.

Un informe reciente agregó el proceso Ostwald de siglos de antigüedad para producir ácido nítrico como un objetivo para la reforma. Cada año se utilizan más de 60 millones de toneladas para fabricar tintes, pigmentos, nailon y fertilizantes. Además, el químico es un ingrediente clave en la creación de explosivos aptos para armas.

La reacción convencional es intensiva en energía, alimentada por combustibles fósiles, requiere altas temperaturas y presiones (800–950 °C, 12 atmósferas), utiliza catalizadores heterogéneos a base de metales preciosos costosos y raros, y transporta una gran cantidad de dióxido de carbono y óxido nitroso. huella.

Oxidación selectiva de amoníaco a óxido nítrico, materia prima para ácido nítrico, utilizando una estrategia de circuito químico de dos pasos. Imagen: C. Ruan, et al., Nature Communications, 2022, 13:718.

Las nuevas innovaciones evitan muchas de las desventajas del proceso de Ostwald. En lugar de una reacción de un solo paso entre el amoníaco (NH3) y oxígeno (O2) para la producción de óxido nítrico (NO), el precursor del ácido nítrico (HNO).3), el nuevo método utiliza una innovadora reacción química en bucle de dos pasos, que se muestra en la figura, para dar una reacción neta de 2NH3 + 3/2O2 → 2NO + 3H2o

La reacción procede oxidando primero NH3 a NO y agua (H2O) utilizando oxígeno reticular a partir de pentóxido de vanadio activo redox base (V2O5):

2xNH3 +v2O5 → 2x NO + 3x 3H2O + V2O5(1-x)

Esto crea una V no estequiométrica2O5(1-x) con vacantes de oxígeno en la red, que luego se llenan con O2 para reconstituir V estequiométrica2O5:

v2O5(1-x) +5x/2 O2 → v2O5

Esta estrategia de bucle permite un impresionante NH3 Conversión del 97 % con selectividad de NO del 99,8 % en una condición menos extrema de 650 °C y presión atmosférica. El proceso también se caracteriza por menores emisiones de CO2 huella mientras se reduce la selectividad del óxido nitroso (N2O) emisiones al 0,1%.

¡Con esta victoria, uno solo puede imaginar qué gigante atemporal de la industria química será nombrado junto con la «guillotina verde» de la revolución científica de la sustentabilidad!

Referencia: Chongyan Ruan., et al., Selective Catalytic Oxidation of Ammonia to Nitric Oxide via Chemical Loops, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28370-0

Crédito de la foto de la función: Crystal Kwok en Unsplash

DEJA UNA RESPUESTA

Por favor ingrese su comentario!
Por favor ingrese su nombre aquí