科学家列出如何处理化学品的七项突破

2016年，在《自然》杂志上撰 的专家列出了我们如何处理化学品的七项突破，这些突破可能会使世界变得更好。我们相信我们刚刚从列表中勾选了其中一个。

在我们发表在《今日材料》杂志上的研究中，我们发现了一种高效且完全新颖的方法来安全地分离，净化，储存和运输大量气体，而不会产生浪费。

为什么这一突破如此重要？我们相信，它将通过使我们能够安全地储存和运输大量绿色氢气作为固体来帮助克服储氢的关键挑战，而能源成本只是其中的一小部分。这将使我们能够加速绿色氢气的吸收，并允许炼油厂使用更少的能量，并使许多其他气体的处理更容易。

目前，在炼油厂中将原油分解成汽油和其他气体依赖于低温蒸馏的巨大能源密集型过程。这占世界能源使用的15%。相比之下，我们估计我们的新方法将减少高达90%的能源使用。

这种方法为世界提供了一种固体储存气体的方法，其容量远远高于任何以前的材料。吸收的气体可以通过简单的加热过程回收，使气体和粉末保持不变，允许立即使用或重复使用。

我们发现了什么？

这一突破意义重大，与公认的气体分离和储存智慧背道而驰，以至于我们的研究团队重复了20到30次实验，然后我们自己才真正相信。

那么它是如何工作的呢？我们的新方法使用一种称为“球磨”的新方法在室温下将气体储存在特殊的纳米材料中。这种方法依赖于机械化学反应，这意味着机械被用来产生不寻常的反应。

该过程中的特殊成分是氮化硼粉末，它非常适合吸收物质，因为它非常小，但具有大量的吸收表面积。

为了完成这项工作，将氮化硼粉末与需要分离的气体一起放入球磨机中 - 一个在腔室中装有小不锈钢球的研磨机。当腔室以逐渐提高的速度旋转时，球与粉末和腔室壁的碰撞会触发特殊的机械化学反应，导致气体被吸收到粉末中。

更好的是，一种类型的气体总是被更快地吸收，将其与其他气体分离出来，并使其易于从磨机中去除。您可以在几个阶段重复此过程，以逐个分离出所需的气体。您可以将气体储存在粉末中以供运输，并将它们分离回气体中。更好的是，氮化硼粉末可用于进行多达50次的相同气体分离和储存过程。

该过程不需要刺激性化学品，也不会产生副产品。它不需要高压或低温等能源密集型设置，为开发氢动力汽车等产品提供了一种更便宜，更安全的方式。

这种球磨气体吸收过程每秒使用约77千焦耳来储存和分离1，000升气体。这大致相当于将电动汽车行驶320公里所需的能量。它比炼油厂使用的低温蒸馏方法至少少90%的能量。

这就是为什么我们相信这一突破可能会勾勒出可能改变世界的七种化学分离方法改进之一 - 特别是改善烯烃 - 石蜡的分离，这是石化工业的关键部分。

这是迪肯大学前沿材料研究所（Institute for Frontier Materials）研究人员在纳米材料和机械化学领域30年工作的结晶。

这将如何帮助我们转向清洁能源？

澳大利亚东海岸面临的天然气危机引起了人们对我们对这些燃料的依赖的关注。作为回应，越来越多的人呼吁加快转向更清洁的气体燃料，如绿色氢气。

问题在于存储。储存大量氢气用于实际使用是非常具有挑战性的。目前，我们将氢气储存在高压罐中或通过将气体冷却成液体形式。两者都需要大量的能源，以及危险的过程和化学品。

这就是这种方法可以通过大规模实现安全高效的固态存储技术来帮助加速氢气吸收的地方。当作为粉末储存时，氢气非常安全。要回收气体，您只需在真空中加热粉末即可。

这种新工艺可以实现前所未有的气体储存能力，远远超过任何已知的多孔材料。例如，我们的新工艺可以储存的乙炔比金属有机框架实现的最高吸收量多18倍，这是使用多孔材料的另一种方法。

非常高的气体储存能力是由于气体分子在球磨过程中粘附在粉末上的新方式，不会破坏气体分子。

然而，为了使这个过程能够扩展，我们必须完善铣削过程。碾磨中有一个甜蜜点，它可以产生我们想要的较弱的化学反应 - 而不会产生更强的反应，从而破坏气体分子。我们还必须弄清楚如何根据气体的铣削强度和压力为每种材料获得最佳存储速率。

在行业的支持下，我们的新工艺可以迅速扩展，以提供实用的解决方案，以确保我们永远不必面对另一场天然气危机，并且可以加速脱碳。