固氮

固氮

空氣中的游離轉化為化合態氮的過程,稱為固氮(nitrogen fixation)

基本介紹

  • 中文名:固氮
  • 外文名:nitrogen fixation
  • 簡介:將游離氮轉化為化合態氮的過程
  • 主要的形式:人工固氮,天然固氮,生物固氮
主要分類,實現原理,

主要分類

人工固氮
人工固氮長期以來,人們期望著農田中糧食作物能像豆科植物一樣有固氮能力,以減少對 化肥的依賴。70年代首先實現了細菌之間的固氮 ... 目前主要在合成氨中實現人工固氮(工業上通常用H2和N2 在催化劑、高溫、高壓下合成氨,化學方程式:N2 + 3H2=(高溫高壓催化劑)2NH3)。 所有的含氮化學肥料也主要是由氨加工製成的。
人稱這種合成氨方法為"哈伯-博施法",這是具有世界意義的人工固氮技術的重大成就。 是化工生產實現高溫、高壓、催化反應的第一個里程碑。合成氨的原料來自空氣、煤和水, 因此是最經濟的人工固氮法,從而結束了人類完全依靠天然氮肥的歷史。
最近,兩位希臘化學家,位於Thessaloniki的阿里斯多德大學的George Marnellos和MichaelStoukides發明了一種合成氨的新方法(Science,2Oct.1998,P98)。在常壓下,令氫與用稀釋的氮分別通入一加熱到570℃的以---鈣鈦礦多孔陶瓷(SCY)為固體電解質的電解池中,用覆蓋在固體電解質內外表面的多孔鈀多晶薄膜的催化,轉化為,轉化率達到78%;對比:幾近一個世紀的哈伯法合成氨工藝通常轉化率為10至15%!他們用線上氣相色譜檢測進出電解池的氣體,用HCl吸收氨引起的pH變化估算氨的產率,證實提高氮的分壓對提高轉化率無效;升高電流和溫度雖提高質子在SCY中的傳遞速度卻因SCY導電率受溫度限制,升溫反而加速氨的分解。
天然固氮(又稱高能固氮)
閃電能使空氣里的氮氣轉化為一氧化氮,一次閃電能生成80~1500kg的一氧化氮。這也是一種自然固氮。自然固氮遠遠滿足不了農業生產的需求。
自然固氮方程式
1)N2+O2===2NO
2)2NO+O2===2NO2
3)3NO2+H2O===2HNO3+NO
生物固氮
生物固氮是指固氮微生物將大氣中的氮還原成的過程。
固氮微生物固定的氮的含量遠非人工固氮和高能固氮所比,可以說,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環中有著十分重要的意義。
豆科植物的根瘤菌,還有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋桿菌、一些原核低等植物——固氮藍藻、自生固氮菌體內都含有固氮酶,這些酶有固氮作用。這一類屬自然固氮生物固氮
其反應式可以概括為:
N2 + e + H+ + ATP ——→ NH3 + ADP + Pi

實現原理

植物對氮的吸收
植物通過根部對含氮的無機化合物的吸收,以及植物葉片對氮的吸收,都可以固定氮。

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