[发明专利]氨合成方法和系统

说明书

描述了用于生产氨的系统和方法。在一个实施方案中，将氢气、二氧化碳和氮气溶于溶液中。还将谷氨酰胺合成酶抑制剂和自养固氮细菌置于溶液中。

政府许可权利

本发明是在政府支持下完成的，所述政府支持基于由海军研究多学科大学研究计划署(the Office of Naval Research Multidisciplinary University ResearchInitiative)授予的资助号N00014-11-1-0725和由空军科学研究办公室(The Air ForceOffice of Scientific Research)授予的资助号FA9550-09-1-0689。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

所公开的实施方案涉及氨合成。

背景技术

由于其使用和大规模农业，将N₂还原为NH₃在维持全球地球化学氮循环和人口的可持续性至关重要。生产工业规模的量的NH₃的最常用方法是工业Haber-Bosch法。Haber-Bosch法是高效的并且是可扩展的。然而，该方法消耗大量的作为原料的天然气，在高的温度和压力运行，并且依赖集中生产和随后运输用于NH₃分配。

发明内容

在一个实施方案中，用于生产氨的方法包括：将氢气溶于溶液中；将二氧化碳溶于溶液中；将氮气溶于溶液中；将谷氨酰胺合成酶抑制剂置于溶液中；和将自养固氮细菌置于溶液中。

在另一实施方案中，用于生产氨的系统包括具有容纳在其中的溶液的反应器腔室。溶液包括溶解的氢气、溶解的二氧化碳、溶解的氮气、谷氨酰胺合成酶抑制剂和自养固氮细菌。

应当意识到的是，可以以任意合适的组合布置前述概念和在下文讨论的另外的概念，因为本公开内容在此方面不受限制。另外，当与附图结合进行考虑时，本公开内容的其它有利之处和新的特征将会由各个非限制性实施方案的以下详细描述而变得显而易见。

附图说明

并不旨在按比例绘制附图。在图中，在各个图中图示的每个相同或几乎相同的组成部分可以用同样的数字表示。出于清楚性的目的，并非每个组成部分都可以在每个图中进行标记。在图中：

图1是在环境条件下在反应器之内的分布式氨合成的示意图；

图2是使用CoPi|Co-P|自养黄杆菌(X.autotrophicus)催化剂体系N₂还原的图，其具有针对时间制图的OD₆₀₀，通过的电荷量，总氮含量浓度(N_总)和可溶性氮含量(N_可溶)；

图3是在不同条件下N_总和OD₆₀₀的改变的图；

图4是Co-P HER阴极在自养黄杆菌培养基中的线性扫描循环伏安法(线，10mV/sec)和计时电流法(循环，30min平均)的图，iR修正；

图5是在细胞外培养基中的NH₃生产的示意图；和

图6是针对时间制图的OD₆₀₀、经过的电荷的量、总氮含量浓度(N_总)和NH₃/NH₄⁺细胞外含量(NH₃)的图。

具体实施方式