이 작품은 주로 지원 ARPA-E는, 미국 에너지 부, 미네소타 환경 및 천연 자원 신탁 기금에 의해의 한 부분으로 입법 시민 위원회 미네소타 자원, 그리고 MNDRIVE의 이니셔티브에 의해 권장 합니다 미네소타의 대학입니다. 추가 지원 드레퓌스 재단에서 왔다.

1. 파일럿 플랜트 시작 <ol>공기 건조 기, 공기 압축기와 질소에 질소 생산 시스템 <ol><li>차례 <li>발전기. 공기 압축기 탱크에 공기의 적어도 800 인민군 인지 확인 합니다. 이 때까지 0.004% (40 ppm) 산소는 질소에서 보다는 더 이상 버퍼 탱크에 질소를 보내는 유지.</li>
		<li>질소에 가스 부스터입니다. 가스 부스터 17 MPa로 높은 압력에서 질소 공급 탱크를 채우기 시작.</li>
	</ol></li> <li>수소 생산 시스템 <ol><li>냉각기, 물 이온화 단위 및 electrolyzer는. electrolyzer electrolyzer 시작 있도록 빠져나가 부정적인 압력을 측정 하는 유량 센서 때문에 배기 시스템 없이 작동 하지 않습니다. 0.54 k g/h의 속도와 수소는 생성 하 고 방전 압력 약 1.5 MPa를 될 것입니다.</li>
		<li>켜 수소 가스 부스터입니다. 냉각 장치 작동 하 고 냉각 액체 흐르는 확인 하십시오. 수소 공급 탱크까지 17 MPa 채워질 것 이다.</li>
	</ol></li> <li>암모니아 스키 드 시작 <ol><li>제어 실에서 컴퓨터를 사용 하 여 다음을 수행: <ol><li>건물에 대 한 비상구를 확인 합니다.</li>
			<li>건물에서 산소, 수소, 암모니아 농도 20%, 19 ppm, 35 ppm, 각각 있는지 확인 하십시오.</li>
			<li>수소 및 질소 공급 탱크 17 mpa 부과 됩니다 확인 하십시오.</li>
			<li>암모니아 샘플러 및 체중 탱크 밸브 무시 됩니다 있는지 확인 하십시오.</li>
			<li>압력솥 질소와 스키 드 스키 드를 설정 하 여 &#39; 2.5 mpa s 질소 유입 레 귤 레이 터. 300 psi에 질소 압력 레 귤 레이 터를 설정 하 고 오픈 질소 바이패스 밸브 300 psi에 질소와 스키 드를 채우기 위해. 그 압력에 도달 하면 다음 질소 밸브를 닫습니다. 1200 psi 수소를 정기적으로 설정 하 고 1200 psi를 채우기 위해 스키 드 수 있도록 수소 밸브를 엽니다. 수소 바이패스 밸브를 닫습니다.</li>
			<li>수소 입구 밸브를 열고 스키 드를 설정 &#39; 10 mpa s 수소 입구 레 귤 레이 터.</li>
			<li>1 mpa NH 3 압력 레 귤 레이 터 설정.</li>
			<li>닫기/열기는 스키 드, 압축기, 공기 밸브에 여러 바이패스 밸브를 제어 소프트웨어 GUI를 사용 하 여.</li>
			<li>제어 소프트웨어 GUI를 사용 하 여 스키 드 N 2의 1:3 비율로 공급 되도록 PID 컨트롤러의 몇 차례: H 2.</li>
			<li>제어 실에서 소프트웨어를 제어 하는 마스터 GUI를 사용 하 여, 스키 드 시작. 스키 드에서 가스 recirculate 신선한 피드 주입을 시작 하는 압축기.</li>
			<li>에는 GUI 소프트웨어, 제어 반응 및 응축 온도 설정 합니다. 반응 기 및 응축 기 온도 440 ° C와-25 ° C에서 각각 설정 됩니다. 
			참고: 세트 포인트 온도 정상 상태 조건 달성을 원자로 대 한 최대 4 일 걸립니다.</li>
		</ol></li></ol></li></ol> 2. 실험 기구 시작 <ol><li>원자로 준비 및 감소 <ol><li>무게 3g 미리 감소의 촉매. 미만 1 m m 박격포 및 방 앗 공이 사용 하 여 촉매 입자의 입자 크기를 줄입니다.</li>
		<li>튜브, 0.25에 촉매를 로드 하 고 양쪽에 석 영 울 놓습니다.</li>
		<li>PID 컨트롤러를 사용 하 고 적절 한 경사로와 반응 온도 (400 ° C) 원자로 온도 증가 하면서 (SCCM) 분당 500 표준 입방 센티미터의 유량과 반응 기를 통해 흐르는 수소. (표 1에 요약) 경사로 사용 하 여. 
		참고: 온도 증가 적절 한 촉매 활동을 얻기 위하여 매우 부드러운 되어야 합니다.</li>
		<li>24 h. 확인 촉매에 접촉으로 오는 공기 또는 불순물에 대 한 감소 과정을 계속 합니다. 질소의 담요에서 원자로 항상 유지.</li>
	</ol></li> <li>흡수 준비 <ol><li>흡수 열 흡수 성 CaCl 2의 80 g 로드 (ID: 2.3 c m, 길이: 30 cm). 다른 흡수 성 크기에 따라 다른 흡수 포장 지원 된다 흡수, 양쪽 모두 층을 무력화 하기 위해.</li>
		<li>어떤 습도 제거 하려면 증가 흡수 온도 350 ° C를 24 h. 위해 200 SCCM의 유량과 질소를 흐르는 동안</li>
	</ol></li> <li>시작 반응 분리 테스트 <ol><li>각각 400 ° C 180 ° C를 원자로 및 흡수 온도 증가. 
		참고: 적절 한 온도 경사로 사용 하 여 원자로 온도 증가. 변압기를 사용 하 여 온도 제어를 원활 하 게. 질소의 담요 아래 유휴 모드에서 시스템을 유지. 시작 하기 전에 어떤 테스트, 몇 번, 5 mpa 질소로 시스템을 충전 하 고 다음 압력을 놓습니다.</li>
		<li>GUI를 사용 하 여 수소 및 질소 질량 유량 컨트롤러 제어.</li>
		<li>질소와 수소, 1: 3의 비율로 대상 압력 장치를 충전.</li>
		<li>대상 압력을 달성 하 고, 일단 입구 밸브, 반응 기 출구 밸브를 열고 닫고 recirculating 펌프를 켭니다. 발열 반응 및 흡수, 원자로 및 흡수 온도 과정의 시작에 더 조심 제어 해야 할 수도 있습니다.</li>
		<li>5 h에 대 한 테스트 지점 돌파구는 흡수가 시작 될 때까지 계속.</li>
	</ol></li> <li>암모니아의 탈 착 <ol><li>입구와 출구 밸브를 엽니다.</li>
		<li>감소 시스템 &#39; s 대기 압력에 압력 및 흡수 기의 온도 증가 흡수 성 물자에서 암모니아를 desorb에 5 h 100 SCCM의 유량과 질소를 흐르는 동안.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
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L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+Synthesis+at+Reduced+Pressure+via+Reactive+Separation.">Ammonia Synthesis at Reduced Pressure via Reactive Separation.</a> Ind Eng Chem Res. 55 (33), 8922-8932 (2016).</li><li>Wagner, K., Malmali, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Column+absorption+for+reproducible+cyclic+separation+in+small+scale+ammonia+synthesis.">Column absorption for reproducible cyclic separation in small scale ammonia synthesis.</a> AIChE Journal. , (2017).</li></ol>

저자는 공개 없다.

반응 흡수 실험 기구의 중요 한 단계:
질소와 수소 시스템에 아무 불순물은 다는 것을 확인 하십시오. 흡수 성 재료는 각 주기 후 변경 됩니다. 대부분의 경우, 고온에서 암모니아, 존재에서 흡수 성 물질 융합 하 고 큰 단단한 콘크리트를 형성 한다. 각 금속 할로겐 및 ammine 복잡 한의 열역학 속성에 따라 흡수와 탈 착에 대 한 적절 한 온도 고용 한다. 각 테스트 하기 전에 시스템 ...

암모니아는 주요 산업 화학 제품 이다. 그것은 20번째 세기1,2의 가장 중요 한 혁신 중 하나로 알려져 있는 하버-보쉬 과정을 통해 생산. 암모니아 합성은 고온에서 이질적인 촉매의 면 전에 서 수행 (&#62; 375 ° C) 및 압력 (&#62; 100 바)3. 이러한 높은 온도 압력 요구 사항을 만드는 암모니아 합성 매우 에너지-그리고 자본과. 암모니아의 150 백만 톤 생산 약, 각 년4, 1-3%의 세계의 에너지 소비, 천연 가스 소비량의 5%를 차지 하 고 기후 변화 가스 배출량5,6,의 3% 7.
암모니아는 두 가지 주요 잠재적인 용도가 있다. 첫째, 암모니아 합성 질소 비료1입니다. 이 비료 없이 충분 한 음식에 액세스할 수 없는 것이 현재 인구의 절반. 둘째, 암모니아는 벡터로 에너지, 탄소 중립 액체 연료 또는 간접 수소 캐리어8,9,,1011사용할 수 있습니다. 일반적으로, 재생 가능한 자원 (예: 바람)을 사용할 수 있습니다 underpopulated 농촌 지역, 어디 그것은 캡처할 수 있습니다. 격리 된 바람 및 태양 에너지의이 유형은 "좌초" 이라고 합니다. 이 시나리오에서는 신 재생 에너지 소스의 전기 및 열 에너지는 에너지 밀도 탄소-중립 액체 암모니아에 변환 됩니다. 액체 암모니아 생산 도시 센터, 암모니아 기반 연료 전지12 및 내부 연소 엔진13, 직접 사용할 수 있습니다 또는 그것과 수소에 분해할 수 있는 수소 연료 전지에 사용 될 다음 전달할 수 또는 수소 방송을 수 있습니다. 결과적으로, 우리는 미국의 붐비는 도시 지역에 미국 대초원의 바람을 이동할 수 있습니다.
비료 사용으로 인해 주로 암모니아 제조 주요 산업 이다. 그러나 실내 온도에, 암모니아 합성 반응은 이다 발열 그리고 그러므로-적어도 원리에서-강한 질소 질소 유대 때문에 자발적인14,, 주위 조건 하에서 반응 달성은 매우 어려운 15. 이것을 극복 하기 위해 후 리츠 Haber 유명 사용 높은 온도 빠른 속도 달성 하기 위해 하지만 이러한 높은 온도 의미 역 반응 생산을 저해. 이 역 반응의 임무를 줄이기 위해, 하버 변환 향상 높은 압력 사용. 그는 여전히 펜에 BASF 식물 장식 총 신에 대형 반응에 실시 한다.
반응 수 잠재적으로 훨씬 더 겸손 한 조건에서 실행 될 때 높은 온도 압력을 사용 하는 필요성에 대 한 좌절된 화학자 세기2있다. 과정은 상용화 후에 칼 보쉬와 BASF에서 거 대 한 코 호트 찾고 더 나은 촉매 전체 주기율표를 통해 휘저어. 보쉬 작은 성공 했다, 하는 동안 검색이 계속 됩니다. 심지어 지난 1 년, 새로운 촉매를 추구 하기 위한 새로운 연구 프로그램 시작 된16,17이었다. 암모니아 합성의 상세한 화학은 지금 잘 이해14, 그리고 새로운 촉매에 대 한 검색에 성공 하면 그것은 확실히 노력 가치가 있을 것입니다. 그러나, 우리의 보기에서 과거 실패 미래 성공의 가능성을 줄일.
다음 텍스트에서 소규모 암모니아 합성 과정을 설명 하 고 대체 프로세스를 조사 동기 부여 설명 했다.
소규모 프로세스:
바람 생성 암모니아 암모니아 합성에 대 한 하버-보쉬 프로세스 개선 로컬로 작동 될 수 있다 하지만 무시할 수 양의 이산화탄소를 생산 하 고 훨씬 더 작고, 더 간단한 과정을 추구는 우리. 바람에서 로컬 암모니아 제조의 타당성 모리스, 미네소타에 위치 해 있으며18 그림 1표시 된 파일럿 플랜트에서 이미 입증 되었습니다. 모리스는 버팔로 리 지, 미네소타의 남서 코너에서 롤링 힐스의 60 마일의 형성에 있다. 능선에는 비정상적으로 꾸준한 강한 바람, 대초원에 걸쳐 압 연 있다. 결과적으로, 그것은 바람에서 생성 된 전기에 대 한 메카입니다.
이 전기, 우리 이미 제조 바람에서 암모니아 40 천 시간 보다 작으면 화석 연료에 대 한 기존의 상업 운영이이 식물을 사용 하 여. 어떤 바람 생성 전기 압력 스윙 흡착에 의해 공기, 공기 분리 사용, 예를 들어 필요한 산소 농축 공기 폐기 종 환자에 대 한 설립된 방법에서 질소를 만드는 데 사용 됩니다. 그러나, 전기의 더 많은 물의 전기 분해에 의해 수소를 만드는 데 사용 됩니다. 이 가스는 그림 2에서 개요로 표시 하는 과정에서 기존의 촉매를 통해 결합 됩니다. 반응 후 가스 응축 액체 암모니아를 장난으로 구분 됩니다. Uncondensed 암모니아로 서 unreacted 가스는 재활용.
파일럿 플랜트의 세부 사항 우리의 파일럿 플랜트, 미네소타 재생 수소와 암모니아 파일럿 플랜트의 대학에에서 전기 전원 공존된 1.65 MW 바람 터빈에서 제공 됩니다. 파일럿 플랜트는 미네소타 대학에서 사용 하는 나머지 전원 생성 되는 전력의 약 10%를 사용 하 여 모리스 캠퍼스.
수소 생산 시스템은 electrolyzer, 부스터 압축기, 열 냉각기를 사용합니다. 시간당 2400 psi 24를 사용 하 여에 저장 되는 수소 가스의 0.54 kg을 생산 하는이 시스템의 전기 kWh. 현장 우물에서 물 역 삼 투와 이온화 시스템을 사용 하 여 정화 이다. 물 다음 최대 15 L/h. 질소 질소 발생기, 사전 공기 압축기, 공기 건조 기, 그리고 부스터 압축기를 사용 하 여 생성의 속도로 electrolyzer에 공급 됩니다. 질소 가스는 약 6을 사용 하 여 2, 400 psi에 저장 kWh 전기의.
암모니아의 합성 사용자 정의 스키 드를 사용합니다. 그것은 20 kW 전기 히터, 냉동 냉각 루프, 반응 기, 압축기를 포함 한다. 스키 드 사용 약 28 시간 다음 150 psi에 저장 되는 암모니아의 2.7 k g 생산 전기 kWh. 암모니아 생산 공정 통합된 PLC와 HMI 시스템으로 제어 됩니다. 생산된 수소와 질소 18 질소 stora에 사이트에 저장 됩니다.ge 탱크 그리고 54 수소 저장 탱크입니다. 암모니아는 3100 갤런 선박 내에서 저장 된 현장 이기도합니다.
풍력 발전은 비싼 이 프로세스에 대 한 전기는 바람, 고 암모니아를 만들기 위한 연료는 화석 연료를 사용 하지 않고 무료, 그래서. 그러나,이 파일럿 플랜트에 대 한 자본 비용 암모니아 합성 및 수소 생산에 대 한 투자에 의해 지배 된다. 작업 날짜에 소규모 암모니아를 만드는 비용에 대해 두 번의 화석 연료에 기반 하는 기존의 암모니아는 것이 좋습니다. 우리는 우리의 프로세스를 최적화 하기 위해 계속, 하는 동안 우리는 소규모 바람 생성 된 암모니아는 현재 천연 가스 가격에 경쟁 하지 되지 않습니다 믿습니다. 만든 대량 암모니아 당 비용 줄일 수 있는 큰 전통적인 프로세스 또는 다른 프로세스에 의해 그런 자본 다음이이 문서에 설명 되어 있습니다.
흡수 과정:
흡수 강화 생산 암모니아 합성 용 촉매19지난 세기 동안 거의 변하지 않게 남아 있다. 결과적으로, 우리는이 연구에서 다른 접근을 실행 했다. 우리는 현재 촉매 및 작동 온도 적용 하지만 형성 되 자 마자 겸손 한 압력에서 암모니아를 흡수. 우리는 어떤 unreacted 수소와 질소를 재활용. 과정 개요로 그런 그림 3기존의 프로세스와 유사 하지만 층 흡수와 콘덴서를 교체.
초기 반응 속도 론 변경 되지 않습니다. 낮은 변환에이 시스템 실험이 시스템3,,1415,20,21 에 이전 연구의 많은 일치 하는 초기 반응 속도 표시 , 22 , 23, 그림 4와 같이. 왼쪽된 패널 강하게 온도 변화는 초기 속도 보여줍니다. 이러한 속도 또한 압력 변화, 오른쪽 패널에 표시 된 것 처럼 작은 변이 있습니다. 우리의 새로운 과정에서 우리 같은 촉매를 사용 하 여 비슷한 작동 조건, 하지만 낮은 압력에서 흡수를 사용 하 여 암모니아 생산을 개선 하는 방법을 추구. 우리는 따라서 암모니아 합성에 대 한 자본 비용을 줄이기 위해 희망.
흡수 강화 변환 우리의 작업에서 우리는 흡수의 작은 입자로 채워진 원통형 그릇은 포장된 침대 작은 과정에서 콘덴서 대체. 우리 absorbents를 염화 마그네슘과 염화 칼슘11,24의 주로 강조 했다. 이러한 ammine absorbents는 2 개의 효력이 있다. 첫째, 그들은 가까운 0에 재활용된 가스에 암모니아 농도 줄일. 둘째, 그들은 효과적으로 제로 근처에 분리에 대 한 시간을 줄일. 이 전략은 생산25,,2627이다. 예를 들어 그림 5에서 우리는 비례 총 압력에 드롭 하는 시스템에서 암모니아를 만드는 속도가 없이 보다 흡수와 훨씬 더 보여줍니다. 특히, 90 바, 빨간 원으로 표시 된 반응이, 흡수와 반응 보다 덜 완전 한 파란색 삼각형27여. 이것은 진정한도 흡수 하지 않고 반응 일어난다 압력에 거의 두번 흡수와 반응 의입니다. 이전 실험 (여기에 표시 되지)에서 우리는 또한 궁극적인 변환 프로세스의 흡수와 95% 이상만 흡수 하지 않고 약 20%는 보였다.
반응의 속도 없이 보다 훨씬 적은 흡수와 온도 따라 다릅니다. 이 그림 6에 다시 시간27 대 총 압력으로 암모니아 종합 보고서에 표시 됩니다. 60 ° C에서 반응 온도 변경 반응 속도에 작은 효과가 있다. 이 그림 4의 크기 거의 순서 반응 속도의 변화를 보여주는 초기 속도와 대조 됩니다. 그림 4 와 그림 6 에 결과 되므로 다른 역 반응의 효과 감소 하기 때문에 화학 반응 속도 론은 더 이상 유일한 단계 전반적인 속도 대 한 책임.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="632">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Experimental Apparatus</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnesium Chloride</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">7786-30-3</td>
			<td>St. Louis, MO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Calcium Chloride</td>
			<td style="width:131px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">10043-52-4</td>
			<td>St. Louis, MO</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultra Pure Hydrogen</td>
			<td style="width:131px;">Matheson</td>
			<td>SG PHYF30050</td>
			<td>New Brighton, MN</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ultra Pure Nitrogen</td>
			<td style="width:131px;">Matheson</td>
			<td>SG G1881112</td>
			<td>New Brighton, MN</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Iron Based Catalyst</td>
			<td style="width:131px;">Clariant/Sud Chemie</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td>Charlotte, NC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Variable Piston Pump</td>
			<td style="width:131px;">PumpWorks Inc.</td>
			<td style="width:119px;">PW2070N</td>
			<td>Minneapolis, MN</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Omega Ceramic Heater</td>
			<td style="width:131px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">CRFC-36/115-A</td>
			<td>Stamford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">PID Controller</td>
			<td style="width:131px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">CN96211TR</td>
			<td>Stamford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Signal Conditioner</td>
			<td style="width:131px;">Omega</td>
			<td style="width:119px;">DRG-SC-TC</td>
			<td>Stamford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pressure Transducer</td>
			<td style="width:131px;">WIKA</td>
			<td style="width:119px;">50426877</td>
			<td>Lawrenceville, Georgia</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mass Flow Controller</td>
			<td style="width:131px;">Brooks Instruments</td>
			<td style="width:119px;">SLA5850</td>
			<td>Hatefield, PA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name</td>
			<td style="width:131px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pilot Plant</td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Electrolyzer</td>
			<td style="width:131px;">Proton OnSite</td>
			<td style="width:119px;">H6 Series</td>
			<td>Wallingford, CT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gas Booster</td>
			<td style="width:131px;">PDC Machine</td>
			<td style="width:119px;">3 2500&#160;</td>
			<td>Warminster, PA</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Wind Turbine</td>
			<td style="width:131px;">Vestas</td>
			<td style="width:119px;">V82</td>
			<td>Portland, OR</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Chiller</td>
			<td style="width:131px;">Thermal Care</td>
			<td style="width:119px;">SQ Series</td>
			<td>Niles, IL</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Water Purifier</td>
			<td style="width:131px;">Elga Pure Lab</td>
			<td style="width:119px;">S-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Nitrogen Generator</td>
			<td style="width:131px;">Innovative Gas System</td>
			<td style="width:119px;">NS-10</td>
			<td>Huoston, TX</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Air Compressor</td>
			<td style="width:131px;">Hydrovane</td>
			<td style="width:119px;">HV05</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ammonia synthesis at low pressure

암모니아는 암모니아 선택적 흡수의 사용에 의해 낮은 압력에서 합성 수 있습니다. 바람 에너지, 합성 비료를 위한 암모니아를 필요로 하는 분야에서 로컬로 사용할 수 있는 프로세스를 구동 수 있습니다. 그것은 직접 사용 될 수 있는 인구 센터에서 멀리 수만 있기 때문에 이러한 풍력 에너지 "좌초" 라고 자주 합니다.
제안 된 낮은 압력 과정에서 질소는 공기 압력 그네 흡수를 사용 하 여 고 수소는 물의 전기 분해에 의해 생산 됩니다. 이러한 가스는 약 400 ° C 승격된 기존의 촉매의 존재에서 반 작용할 수 있다, 하는 동안 변환 종종 높은 압력에서 유일 하 게 가능한 시키는이 반응을 역 반응에 의해 제한 됩니다. 이 한계는 ammine 같은 칼슘 또는 마그네슘 염화 물에 흡수 하 여 제거할 수 있습니다. 같은 알칼리 금속 할로겐 효과적으로 반응의 평형 제약을 억제 하므로 암모니아를 제거할 수 있습니다. 제안 된 흡수 강화 된 암모니아 합성 과정에서 반응의 속도 수 있습니다 다음 제어할 수 화학 속도 론도 흡수 속도 의해 아닙니다 그러나 unreacted 가스의 재활용의 속도 의해. 결과 기존의 소규모 하버-보쉬 프로세스에서에서 만든 암모니아와 호의적으로 비교 합니다.

그림 1에서 보듯이 모리스, 미네소타에서 파일럿 플랜트 바람을 사용 하 여 로컬 암모니아 제조18에 대 한 타당성을 설명 했다. 바람은 질소와 공기의 압력 그네 흡수를 통해 및 물, 전기 분해를 통해 수소를 각각 확인 하는 데 사용 되는 전기를 생성 합니다. 원자로 만드는 암모니아 질소와 수소 가스를 결합 하 여 기존의 촉매를 사?...

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Ammonia Synthesis at Low Pressure

암모니아 기존의 촉매는 암모니아 선택적 흡수 제를 사용 하 여 낮은 압력에서 합성 될 수 있다.

저압에서 암모니아 합성

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

26.3K 조회수.  University of Minnesota – Twin Cities. 암모니아 기존의 촉매는 암모니아 선택적 흡수 제를 사용 하 여 낮은 압력에서 합성 될 수 있다.

비디오: Ammonia Synthesis at Low Pressure

Gold Nanostar Synthesis with a Silver Seed Mediated Growth Method

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest in using nano-colloids for photo-thermal ablation, drug delivery and many other biomedical applications 6. Gold is particularly used because of its low toxicity 7-9. A property of metal nano-colloids is that they can have a strong surface plasmon resonance 10. The peak of the surface plasmon resonance mode depends on the structure and composition of the metal nano-colloids. Since the surface plasmon resonance mode is stimulated with light there is a need to have the peak absorbance in the near infrared where biological tissue transmissivity is maximal 11, 12.
We present a method to synthesize star shaped colloidal gold, also known as star shaped nanoparticles 13-15 or nanostars 16. This method is based on a solution containing silver seeds that are used as the nucleating agent for anisotropic growth of gold colloids 17-22. Scanning electron microscopy (SEM) analysis of the resulting gold colloid showed that 70 % of the nanostructures were nanostars. The other 30 % of the particles were amorphous clusters of decahedra and rhomboids. The absorbance peak of the nanostars was detected to be in the near infrared (840 nm). Thus, our method produces gold nanostars suitable for biomedical applications, particularly for photo-thermal ablation.

We synthesized star shaped gold nanostars using a silver seed mediated growth method. The diameter of the nanostars ranges from 200 to 300 nm and the number of tips vary from 7 to 10. The nanoparticles have a broad surface plasmon resonance mode centered in the near infrared.

실버 씨앗 중재 성장 방법과 골드 Nanostar 합성

The physical, chemical and optical properties of nano-scale colloids depend on their material composition, size and shape 1-5. There is a great interest ...

연구

생체공학

Induction of Adhesion-dependent Signals Using Low-intensity Ultrasound

In multicellular organisms, cell behavior is dictated by interactions with the extracellular matrix. Consequences of matrix-engagement range from regulation of cell migration and proliferation, to secretion and even differentiation. The signals underlying each of these complex processes arise from the molecular interactions of extracellular matrix receptors on the surface of the cell. Integrins are the prototypic receptors and provide a mechanical link between extracellular matrix and the cytoskeleton, as well as initiating some of the adhesion-dependent signaling cascades. However, it is becoming increasingly apparent that additional transmembrane receptors function alongside the integrins to regulate both the integrin itself and signals downstream. The most elegant of these examples is the transmembrane proteoglycan, syndecan-4, which cooperates with &alpha;5&beta;1-integrin during adhesion to fibronectin. In vivo models demonstrate the importance of syndecan-4 signaling, as syndecan-4-knockout mice exhibit healing retardation due to inefficient fibroblast migration1,2. In wild-type animals, migration of fibroblasts toward a wound is triggered by the appearance of fibronectin that leaks from damaged capillaries and is deposited by macrophages in injured tissue. Therefore there is great interest in discovering strategies that enhance fibronectin-dependent signaling and could accelerate repair processes.
The integrin-mediated and syndecan-4-mediated components of fibronectin-dependent signaling can be separated by stimulating cells with recombinant fibronectin fragments. Although integrin engagement is essential for cell adhesion, certain fibronectin-dependent signals are regulated by syndecan-4. Syndecan-4 activates the Rac1 protrusive signal3, causes integrin redistribution1, triggers recruitment of cytoskeletal molecules, such as vinculin, to focal adhesions4, and thereby induces directional migration3. We have looked for alternative strategies for activating such signals and found that low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS) can mimic the effects of syndecan-4 engagement5. In this protocol we describe the method by which 30 mW/cm2, 1.5 MHz ultrasound, pulsed at 1 kHz (Fig. 1) can be applied to fibroblasts in culture (Fig. 2) to induce Rac1 activation and focal adhesion formation. Ultrasound stimulation is applied for a maximum of 20 minutes, as this combination of parameters has been found to be most efficacious for acceleration of clinical fracture repair6. The method uses recombinant fibronectin fragments to engage &alpha;5&beta;1-integrin, without engagement of syndecan-4, and requires inhibition of protein synthesis by cycloheximide to block deposition of additional matrix by the fibroblasts., The positive effect of ultrasound on repair mechanisms is well documented7,8, and by understanding the molecular effect of ultrasound in culture we should be able to refine the therapeutic technique to improve clinical outcomes.

This protocol describes the stimulation of cultured fibroblasts with low-intensity pulsed ultrasound, which drives focal adhesion formation and Rac1 activation by mimicking engagement of the transmembrane matrix receptor, syndecan-4. This approach allows investigation of a successful clinical technique at the cellular level, thereby providing opportunities for refinement of the therapy.

낮은 강도의 초음파를 사용하여 접착 종속 신호의 유도

In multicellular organisms, cell behavior is dictated by interactions with the extracellular matrix. Consequences of matrix-engagement range from ...

High Throughput Microfluidic Rapid and Low Cost Prototyping Packaging Methods

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging techniques.
The one-time use packaging technique employs UV-based and temperature curing epoxies to connect microtubes to access holes, wire-bonding for integrated circuit connections, and silver epoxy for electrical connections. This method is based on a robust assembly technique that can support relatively high pressure close to 1 psi and does not need any support to strengthen the microfluidic architecture.
Reusable packaging techniques consist of PDMS-based microtube interconnectors and anisotropic adhesive films for electrical connections. These devices are more sensitive and fragile. Consequently, Plexiglas support is added to the microfluidic structure to improve the electrical contact when anisotropic adhesive films are used, and also to strengthen the microfluidic architecture. In addition, a micromanipulator is needed to maintain tubes while using a thin PDMS layer to connect them to the access holes. Different PDMS layer thicknesses, ranging from 0.45-3 mm, are tested to compare the best adherence versus injection rates. Applied injection rates are varied from 50-300 &#956;l/hr for 0.45-3 mm PDMS layers, respectively. These techniques are mainly applicable for low-pressure applications. However, they can be extended for high-pressure ones through plasma-oxygen process to permanently seal the PDMS to glass substrates. The main advantage of this technique, besides the fact that it is reusable, consists of keeping the device observable when the microchannel length is very short (in the range of 3 mm or lower).

In this article we describe different techniques for microfluidic rapid prototyping platforms. The proposed techniques are based on ultraviolet (UV) sensitive and temperature curing epoxies, polydimethylsiloxane (PDMS) based tubing, wire-bonding, and anisotropic adhesive films. The assembling procedures presented are developed for both one-time use devices as well as reusable microfluidic systems.

높은 처리량 마이크로 유체 신속하고 저렴한 비용으로 프로토 타입 포장 방법

In this work, 3 different packaging and assembly techniques are presented. They can be classified into two categories: one-time use and reusable packaging ...

Synthesis of an Intein-mediated Artificial Protein Hydrogel

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of this hydrogel are two protein block-copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. A highly hydrophilic random coil is inserted into one of the block-copolymers for water retention. Mixing of the two protein block copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit with crosslinkers at either end that rapidly self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is very stable under both acidic and basic conditions, at temperatures up to 50 &#176;C, and in organic solvents. The hydrogel rapidly reforms after shear-induced rupture. Incorporation of a &#34;docking station peptide&#34; into the hydrogel building block enables convenient incorporation of &#34;docking protein&#34;-tagged target proteins. The hydrogel is compatible with tissue culture growth media, supports the diffusion of 20 kDa molecules, and enables the immobilization of bioactive globular proteins. The application of the intein-mediated protein hydrogel as an organic-solvent-compatible biocatalyst was demonstrated by encapsulating the horseradish peroxidase enzyme and corroborating its activity.

We present the synthesis of a split-intein-mediated protein hydrogel. The building blocks of this hydrogel are two protein copolymers each containing a subunit of a trimeric protein that serves as a crosslinker and one half of a split intein. Mixing of the two protein copolymers triggers an intein trans-splicing reaction, yielding a polypeptide unit that self-assembles into a hydrogel. This hydrogel is highly pH- and temperature-stable, compatible with organic solvents, and easily incorporates functional globular proteins.

테인 매개 인공 단백질 히드로 겔의 합성

We present the synthesis of a highly stable protein hydrogel mediated by a split-intein-catalyzed protein trans-splicing reaction. The building blocks of ...

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix (aECM) Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins that have incorporated functional domains derived from nature (or created de novo) have been reported. In particular, artificial extracellular matrix (aECM) proteins have been developed; these aECM proteins consist of biological domains taken from fibronectin, laminins and collagens and are combined with structural domains including elastin-like repeats, silk and collagen repeats. To date, aECM proteins have been widely investigated for applications in tissue engineering and wound repair. Recently, Tjin and coworkers developed integrin-specific aECM proteins designed for promoting human skin keratinocyte attachment and propagation. In their work, the aECM proteins incorporate cell binding domains taken from fibronectin, laminin-5 and collagen IV, as well as flanking elastin-like repeats. They demonstrated that the aECM proteins developed in their work were promising candidates for use as substrates in artificial skin. Here, we outline the design and construction of such aECM proteins as well as their purification process using the thermo-responsive characteristics of elastin.

Design and Construction of Artificial Extracellular Matrix aECM Proteins from Escherichia coli for Skin Tissue Engineering

Recombinant technologies have enabled material designers to create novel artificial proteins with customized functionalities for tissue engineering applications. For example, artificial extracellular matrix proteins can be designed to incorporate structural and biological domains derived from native ECMs. Here, we describe the construction and purification of aECM proteins containing elastin-like repeats.

설계 및 인공 세포 외 기질의 건설 (aECM) 단백질에서<em&gt; 대장균</em&gt; 피부 조직 공학

Recombinant technology is a versatile platform to create novel artificial proteins with tunable properties. For the last decade, many artificial proteins ...

Synthesis of Keratin-based Nanofiber for Biomedical Engineering

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of these porous nanofibers is of great interest due to their unique physiochemical properties. Here we elaborate on the fabrication of keratin containing poly (&#949;-caprolactone) (PCL) nanofibers (i.e., PCL/keratin composite fiber). Water soluble keratin was first extracted from human hair and mixed with PCL in different ratios. The blended solution of PCL/keratin was transformed into nanofibrous membranes using a laboratory designed electrospinning set up. Fiber morphology and mechanical properties of the obtained nanofiber were observed and measured using scanning electron microscopy and tensile tester. Furthermore, degradability and chemical properties of the nanofiber were studied by FTIR. SEM images showed uniform surface morphology for PCL/keratin fibers of different compositions. These PCL/keratin fibers also showed excellent mechanical properties such as Young&#39;s modulus and failure point. Fibroblast cells were able to attach and proliferate thus proving good cell viability. Based on the characteristics discussed above, we can strongly argue that the blended nanofibers of natural and synthetic polymers can represent an excellent development of composite materials that can be used for different biomedical applications.

Electrospun nanofibers have a high surface area to weight ratio, excellent mechanical integrity, and support cell growth and proliferation. These nanofibers have a wide range of biomedical applications. Here we fabricate keratin/ PCL nanofibers, using the electrospinning technique, and characterize the fibers for possible applications in tissue engineering.

의 생명 공학에 대한 각질 기반의 나노 섬유의 합성

Electrospinning, due to its versatility and potential for applications in various fields, is being frequently used to fabricate nanofibers. Production of ...

Rod-based Fabrication of Customizable Soft Robotic Pneumatic Gripper Devices for Delicate Tissue Manipulation

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations at the point of contact. It can be achieved by complementing traditional rigid grippers with soft robotic pneumatic gripper devices. This manuscript describes a rod-based approach that combined both 3D-printing and a modified soft lithography technique to fabricate the soft pneumatic gripper. In brief, the pneumatic featureless mold with chamber component is 3D-printed and the rods were used to create the pneumatic channels that connect to the chamber. This protocol eliminates the risk of channels occluding during the sealing process and the need for external air source or related control circuit. The soft gripper consists of a chamber filled with air, and one or more gripper arms with a pneumatic channel in each arm connected to the chamber. The pneumatic channel is positioned close to the outer wall to create different stiffness in the gripper arm. Upon compression of the chamber which generates pressure on the pneumatic channel, the gripper arm will bend inward to form a close grip posture because the outer wall area is more compliant. The soft gripper can be inserted into a 3D-printed handling tool with two different control modes for chamber compression: manual gripper mode with a movable piston, and robotic gripper mode with a linear actuator. The double-arm gripper with two actuatable arms was able to pick up objects of sizes up to 2 mm and yet generate lower compressive forces as compared to elastomer-coated and non-coated rigid grippers. The feasibility of having other designs, such as single-arm or hook gripper, was also demonstrated, which further highlighted the customizability of the soft gripper device, and it's potential to be used in delicate surgical manipulation to reduce the risk of tissue grip damage.

This protocol describes a rod-based approach, combining 3D-printing and soft lithography techniques for fabricating the soft gripper devices. This approach eliminates the need for an external air source by incorporating a chamber component and reduces the chance of occlusion during the sealing process, particularly for miniaturized pneumatic channels.

섬세한 조직 조작을위한 사용자 정의 소프트 로봇 공압 그리퍼 장치의로드 기반의 제조

Soft compliant gripping is essential in delicate surgical manipulation for minimizing the risk of tissue grip damage caused by high stress concentrations ...

Synthesis of Hydrogels with Antifouling Properties As Membranes for Water Purification

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and thus achieving stable water permeability through membranes over time. Here, we report a facile method to prepare hydrogels based on zwitterions for membrane applications. Freestanding films can be prepared from sulfobetaine methacrylate (SBMA) with a crosslinker of poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) via photopolymerization. The hydrogels can also be prepared by impregnation into hydrophobic porous supports to enhance the mechanical strength. These films can be characterized by attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) to determine the degree of conversion of the (meth)acrylate groups, using goniometers for hydrophilicity and differential scanning calorimetry (DSC) for polymer chain dynamics. We also report protocols to determine the water permeability in dead-end filtration systems and the effect of foulants (bovine serum albumin, BSA) on membrane performance.

This paper reports practical methods to prepare hydrogels in freestanding films and impregnated membranes and to characterize their physical properties, including water transport properties.

물 정화를위한 막으로 방오 특성을 가진 히드로 겔의 합성

Hydrogels have been widely utilized to enhance the surface hydrophilicity of membranes for water purification, increasing the antifouling properties and ...

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in medical diagnostics, and for life detection by robotic missions to other planets and moons of the solar system. Currently, sparse bacterial samples are counted by culture plating or epifluorescence microscopy. Culture plates require long incubation times (days to weeks), and epifluorescence microscopy requires extensive staining and concentration of the sample. Here, we demonstrate how to use off-axis digital holographic microscopy (DHM) to enumerate bacteria in very dilute cultures (100-104 cells/mL). First, the construction of the custom DHM is discussed, along with detailed instructions on building a low-cost instrument. The principles of holography are discussed, and a statistical model is used to estimate how long videos should be to detect cells, based on the optical performance characteristics of the instrument and the concentration of the bacterial solution (Table 2). Video detection of cells at 105, 104, 103, and 100 cells/mL is demonstrated in real time using un-reconstructed holograms. Reconstruction of amplitude and phase images is demonstrated using an open-source software package.

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

Digital holographic microscopy (DHM) is a volumetric technique that allows imaging samples 50-100X thicker than brightfield microscopy at comparable resolution, with focusing performed post-processing. Here DHM is used for identifying, counting, and tracking microorganisms at very low densities and compared with optical density measurements, plate count, and direct count.

디지털 홀로그램 현미경 (DHM)를 사용 하 여 낮은 농도에서 미생물 측정

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...

Mouse Model of Pressure Ulcers After Spinal Cord Injury

Pressure ulcers (PUs) are common debilitating complications of traumatic spinal cord injury (SCI) and tend to occur in soft tissues around bony prominences. There is, however, little known about the impact of SCI on skin wound healing in the context of animal models in controlled experimental settings. In this study, a simple, non-invasive, reproducible and clinically relevant mouse model of PUs in the context of complete SCI is presented. Adult male mice (Balb/c, 10 weeks old) were shaved and depilated. Post-depilation (24 h), mice were subjected to laminectomy followed by complete spinal cord transection (T9-T10 vertebrae). Immediately after, a skin fold on the back of the mice was lifted and sandwiched between two magnetic discs held in place for next 12 h, thus creating an ischemic area that developed into a PU over the following days. The wounded areas demonstrated tissue edema and epidermal disappearance by day 3 post-magnet application. PUs spontaneously developed and healed. Healing was, however, slower in the SCI mice compared to control non-SCI mice when the wound was created below the level of SCI. Conversely, no difference in healing was seen between SCI and control non-SCI mice when the wound was created above the level of SCI. This model is a potentially useful tool to study the dynamics of skin PU development and healing after SCI, as well as to test therapeutic approaches that may help heal such wounds.

Here, we describe a simple method to induce clinically relevant skin pressure ulcers (PUs) in a mouse model of spinal cord injury (SCI). This model can be used in pre-clinical studies to screen for different therapeutics for healing PUs in SCI patients.

저압에서 암모니아 합성

요약

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