Plasma-assisted nitrogen fixation in water with various metals

文献情報

出版日 2020-08-11
DOI 10.1039/D0RE00248H
インパクトファクター 4.239
著者

Pradeep Lamichhane, Ramhari Paneru, Linh N. Nguyen, Jun Sup Lim, Pradeep Bhartiya, Bishwa Chandra Adhikari, Sohail Mumtaz, Eun Ha Choi


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要旨

In this study, nitrogen fixation in water was achieved using an atmospheric pressure non-thermal nitrogen plasma jet generated with an AC driven source of a 10 kV (peak) power supply with a repetition frequency of 33 kHz. Plasma has been proposed for the excitation of nitrogen gas, which can be readily converted to ammonia, nitrite, nitrate, and hydrogen ions in plasma-activated water. In addition, some easily accessible metals such as Mg, Al, Zn, and Cu were immersed separately in the water. These immersed metals oxidized in the plasma-activated water and the released electron reduced the hydrogen ion into a hydrogen atom. The evolved hydrogen again reduced the plasma-excited nitrogen into ammonia. In our experiment, the pH value and ammonia synthesis rate were higher with Mg owing to its higher oxidation capacity than other metals. The reduction of hydrogen ions with the help of metals not only controls the pH of PAW but also increases the ammonia synthesis rate by providing an additional hydrogen donor. Our studies provide a new direction for ongoing research in the field of sustainable nitrogen fixation.

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掲載誌

Reaction Chemistry & Engineering

Reaction Chemistry & Engineering
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Reaction Chemistry & Engineering is an interdisciplinary journal reporting cutting-edge research focused on enhancing the understanding and efficiency of reactions. Reaction engineering leverages the interface where fundamental molecular chemistry meets chemical engineering and technology. Challenges in chemistry can be overcome by the application of new technologies, while engineers may find improved solutions for process development from the latest developments in reaction chemistry. Reaction Chemistry & Engineering is a unique forum for researchers whose interests span the broad areas of chemical engineering and chemical sciences to come together in solving problems of importance to wider society. All papers should be written to be approachable by readers across the engineering and chemical sciences. Papers that consider multiple scales, from the laboratory up to and including plant scale, are particularly encouraged.

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