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什么是人工固氮

2021.6.23

固氮分子氮经自然界的固氮生物(如各种固氮菌)固氮酶的催化而转化成氨的过程。是氮循环的重要阶段1、人工固氮　　工业上通常用H2和N2 在催化剂、高温、高压下合成氨　　化学方程式：N2 + 3H2=（高温高压催化剂）2NH3 　　最近，两位希腊化学家，位于Thessaloniki的阿里斯多德大学的George Marnellos和MichaelStoukides发明了一种合成氨的新方法(Science，2Oct．1998，P98)。在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570℃的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷(SCY)为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78％；对比：几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10至15％！他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体，用HCl吸收氨引起的pH变化估算氨的产率，证实提高氮的分压对提高转化率无效；升高电流和温度虽提高质子在SCY中的传递速度却因SCY导电率受温度限制，升温反而加速氨的分解。 2、天然固氮（又称高能固氮）　　闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮，一次闪电能生成80～1500kg的一氧化氮。这也是一种自然固氮。自然固氮远远满足不了农业生产的需求。　　自然固氮方程式　　1)N2+O2===2NO 　　2)2NO+O2===2NO2 　　3)3NO2+H2O===2HNO3+NO 　　豆科植物中寄生有根瘤菌，它含有氮酶，能使空气里的氮气转化为氨，再进一步转化为氮的化合物。固氮酶的作用可以简述如下：　　除豆科植物的根瘤菌外，还有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋杆菌、一些原核低等植物——固氮蓝藻、自生固氮菌体内都含有固氮酶，这些酶有固氮作用。这一类属自然固氮的生物固氮。　　人工固氮长期以来，人们期望着农田中粮食作物能像豆科植物一样有固氮能力，以减少对化肥的依赖。70年代首先实现了细菌之间的固氮 ... 目前主要在合成氨中实现人工固氮。所有的含氮化学肥料也主要是由氨加工制成的。　　人称这种合成氨方法为"哈伯－博施法"，这是具有世界意义的人工固氮技术的重大成就。是化工生产实现高温、高压、催化反应的第一个里程碑。合成氨的原料来自空气、煤和水，因此是最经济的人工固氮法，从而结束了人类完全依靠天然氮肥的历史。 3、生物固氮　　生物固氮是指固氮微生物将大气中的氮还原成氨的过程。　　固氮微生物固定的氮的含量远非人工固氮和高能固氮所比，可以说，自然界中固定氮主要是靠生物固氮。生物固氮在自然界的氮循环中有着十分重要的意义。　　其反应式可以概括为：　　N2 + e + H+ + ATP ——→ NH3 + ADP + Pi 4、植物对氮的吸收　　植物通过根部对含氮的无机化合物的吸收，以及植物叶片对氮的吸收，都可以固定氮。

人工固氮

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周锦帆