咦?!催化和吃饭也有关系?

来源: 中国科学院大连化学物理研究所

发布日期: 2018-08-01 07:30:00

本文探讨了催化技术在农业生产中的重要性,特别是合成氨工业的发展如何满足人类对食物的需求。文章详细介绍了合成氨反应的困难及其通过催化技术的解决,以及未来合成氨工业的发展方向。

随着人口的增长和可用耕地的不断减少,如何用有限的土地养活更多的人成为摆在世界各国面前的一个难题。现代社会,人类“食”之基础是什么?催化技术如何满足人类对“食”的需求呢?今天,吃货小编带您一探究竟。

肥料解决农业生产的基础。不要小看上面两块类似石头的物质,它们可是维持19世纪初欧洲农业生产的“功臣”。

随着世界人口的增多,仅靠最原始的人畜粪便和动植物腐烂物等自然肥料已无法满足随着人口增长而增长的粮食需求。19世纪初欧洲先后通过大量进口秘鲁的鸟粪石和智利的硝石来维持农业生产。但是人们很快意识到:这些天然的矿石迟早会被消耗殆尽。马尔萨斯在他的《人口原理》中呼吁科学家们立即行动起来,着手研制可大量生产的新型肥料,特别是将空气中大量的氮气转换成作物不可或缺的含氮肥料,将人们从饥饿中解救出来。

于是,合成氨工业应运而生,成为了人类生存发展的“食”之基础!合成氨不就是指将氮气和氢气直接合成氨气的过程 (N2+3H2 ——> 2NH3) 吗,为什么说它困难呢?没错,从反应方程式来看合成氨反应非常简单,但要实现这一反应却相当“辛苦、困难”。

合成氨反应是一个缩体放热的反应,在热力学上,低温、高压对合成氨反应是有利的;但从动力学上考虑,反应本身活化能很高(约335 kJ/mol),在较低温度下反应速率极慢以至于无法观察。那么,是这种“苛刻”的反应条件阻碍了合成氨的发展喽?是的,由于早期的实验设备无法提供反应所需的高温高压条件,一直到1903年,合成氨反应才由德国科学家Fritz Haber在1020摄氏度常压条件下发现并确定下来。

催化技术起着至关重要的作用!因此,开发高效的合成氨催化剂,给这道“经典菜品”中“加料”,成为当时的首要任务!在倡导绿色环保、能源革命的当下,如何节能减排成为合成氨的新挑战。研发合适的催化剂,使合成氨过程能够在更加温和的条件下进行,成为越来越多科研工作者努力的方向。

总之,催化合成氨工业作为人工化肥生产支柱,是人类生存发展的“食”之基础,伴随着新型催化方式的发现及合成氨工业规模的不断壮大,其必将迎来更加广阔和长远的发展!

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