Аммиак в сточных водах, плавающая губка превращает его в удобрение

Инновационный плавучий материал восстанавливает аммиак в сточных водах, используя только солнечный свет, с выбросами в 30 раз ниже, чем метод Хабер-Бош.

Восстановите аммиак из сточных вод, превращая его в удобрения, благодаря только солнечному свету: это результат новой технологии, испытываемой группой исследователей и опубликованной в журнале Природа устойчивостиПолем

Инновация вращается вокруг плавающей губки, изготовленной из материала, называемого mxene ti₃c₂, обогащенным аминогрупп ( — nh₂), который удается извлекать аммиак (nh₃) растворами, содержащими ионы аммония (NH₄⁺). Процесс не требует добавления химических веществ или электричества и позволяет обработать сточные воды и производить азотные удобрения за один шаг.

Технология основана на фототермическом эффекте: губка, подвергающаяся воздействию солнечного света, генерирует локализованное тепло, которое способствует испарению аммиака. В то же время аминогруппы, включенные в материал, поглощают ионы H⁺, перемещая химический баланс к образованию NH₃.

Пар аммиака затем конденсируется и собирается в чистой форме (99,8%), в то время как материал полностью регенерируется. На этапе регенерации соляная кислота также производится в качестве сигнала, полезного для промышленности.

Альтернатива с низким уровнем выбросов методу Haber-Bosch

В промышленном производстве аммиака преобладает процесс Haber-Bosch, который позволяет получить NH₃, начиная с атмосферного и водорода. Тем не менее, это процесс с высокой энергетической интенсивностью, ответственный за около 3,27 тонн эквивалентного CO₂ для каждой тонны производимого аммиака. Благодаря глобальным потребностям, которые превышают 200 миллионов тонн в год, воздействие на окружающую среду огромно.

Новая система восстановления аммиака в сточных водах может предложить действительную альтернативу, по крайней мере, для части мирового производства. Согласно данным, представленным в исследовании, стратегия Sun издает только 0,102 тонны эквивалентного CO₂ на тонну полученного аммиака: примерно в 30 раз меньше, чем традиционный метод. Все это, используя существующие жидкие отходы и возобновляемый и свободный источник энергии, такой как солнце.

Аммиак в сточных водах: от загрязнителя до ресурса

Аммиак является важным элементом для сельского хозяйства, но в сточных водах это опасный загрязнитель. Это может изменить баланс водных экосистем и внести свой вклад в автофактуру. В Китае, по оценкам, более 10 миллионов тонн отходов, содержащих ионы NH₄⁺, загружаются каждый год в водных системах. Поиск эффективного метода для извлечения и повторного использования. Это вещество представляет собой двойную возможность: уменьшить загрязнение и переработку полезных питательных веществ.

Химический принцип, на котором основан восстановление, является обратимая реакция гидролиза аммония (nh₄⁺ ⇌ nh₃ + h⁺). Традиционно щелочные и электрические нагревательные соединения используются для поощрения образования аммиака, с высоким энергопотреблением и эксплуатационными затратами. Новая губка решает обе проблемы: она создает локализованную базовую микроамбульте благодаря группам — и использует нагрев интерфейса, генерируемый солнечным светом, для стимулирования реакции.

Экономическое и экологическое воздействие солнечного восстановления аммиака

Преимущества новой системы не ограничиваются технической частью. Анализ жизненного цикла и технического экономического исследования показывают конкретные преимущества с точки зрения затрат, экологической устойчивости и потенциального применения в промышленном масштабе. Материал тестировали с водой, содержащей хлорид аммония (NH₄CL), и достигал скорости восстановления 0,6 моль/м²/ч, без какого -либо дополнительного потребления энергии.

По словам исследователей, это легко масштабируемый подход, который может найти применение в сельском хозяйстве, обработке промышленных сточных вод и устойчивом производстве удобрений. Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования для адаптации материала к конкретным характеристикам отходов и к различным промышленным климату и секторам.