Новости химической науки > Добыча фосфора из навоза

Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растительных организмах, из-за чего для нормального роста и развития сельскохозяйственных культур необходимо применение фосфорных удобрений. Это обстоятельство заставляет ряд ученых беспокоиться по поводу перспективы исчерпания природного сырья для синтеза фосфорных удобрений – апатитов и искать новые фосфатов.

Исследователи из Миннесоты сообщают, что они могут выделить от 80 до 90% фосфора, содержащегося в навозе животных, за счет нагревания биомассы, суспендированной в воде. Разработанный исследователями процесс гидротермической карбонизации требует меньше энергии, чем методы, которые ранее применялись для выделения фосфора из отходов.

Рисунок из Environ. Sci. Technol. 2014, DOI: 10.1021/es501872k

Каждый год на фермах и сельхозпредприятиях только США животные выделяют такое количество навоза, которое содержит такое количество фосфора, которое эквивалентно примерно миллиону метрических тонн P₂O₅, по которому определяется пищевая ценность фосфорных удобрений. Одним из коммерческих методов выделения фосфора из навоза является глубокое сжигание отходов жизнедеятельности животных и последующая обработка золы. Стивен Хейлманн (Steven M. Heilmann) с коллегами решил для этой цели использовать гидротермическую карбонизацию, которая требует меньше энергии.

Как отмечает Хейлманн, выбор на это процесс пал из-за его простоты, а известно, что простые вещи легче коммерциализовать и заставить работать в промышленности. Гидротермическая карбонизация заключается в смешении биомассы с водой и последующем нагревании смеси в закрытом резервуаре при температурах, гораздо меньших, чем требуется для кремирования. В результате карбонизации образуется твердая гидросмола и содержащий соли водный раствор.

Для того, чтобы проверить – будет ли этот метод работать на отходах жизнедеятельности животных, исследователи суспендировали свиной, коровий и птичий помет в воде и нагревали полученную смесь при температуре от 200 до 250°C (в зависимости от типа помета). Затем они проанализировали полученную смесь и обнаружили, что большая часть фосфора была локализована в твердой фракции – гидросмоле. Исследователи высказали предположение, что фосфор, содержащийся в смеси в виде фосфат-анионов, может связываться с ионами алюминия, кальция, магния и железа, давая в результате нерастворимые соли. Для проверки этого предположения они обработали гидросмолу кислотой для перевода фосфатов в раствор, после чего к раствору прибавили гидроксид кальция и осадили фосфат кальция, который был отделен от раствора; таким образом было выделено около 80% фосфора, содержащегося в помете.

Хейлманн подчеркивает, что для коммерческого применения гидротермической карбонизации для выделения фосфора из отходов можно проводить процесс сразу в подкисленной воде. Технология была опробована, но в этом случае был получен не фосфат кальция, а фосфат железа(II).

Для того, чтобы новая технология переработки помета животных и птиц стала бы более выгодной с экономической точки зрения, Хейлманн планирует разработать метод превращения гидросмолы, от которой был отмыт фосфор, в полезные продукты – например сорбенты для очистки воды.

Источник: Environ. Sci. Technol. 2014, DOI: 10.1021/es501872k

метки статьи: #вопросы экологии, #химическая технология, #химия биомассы