从尿液中回收磷的技术

时间:2019-12-28 18:04 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

从尿液中回收磷的技术

磷是元素周期表上的第15个元素,它具有极高的毒性和可燃性,在战争中被用作燃烧装置,但它对生命来说也是必不可少的。

正如著名科学作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)在他1974年出版的《阿西莫夫化学》(Asimov on Chemistry)一书中所说:“生命可以不断繁殖,直到所有的磷都消失了,然后就会出现无法阻止的不可阻挡的停顿。”

那是因为磷对所有生物都是必需的。它形成了我们DNA的主干,以及细胞中发现的分子三磷酸腺苷(ATP),它从我们吃的食物中获取化学能。

我们还没有找到一种不需要磷就能生存的生物。但我们没有源源不断的磷,这就是我的研究的用武之地。

磷需求增长

在20世纪,磷和氮的需求急剧增加,因为人们发现,磷和氮在种植作物的化肥中起着至关重要的作用。

在仅仅50多年的时间里(1961年至2014年),由于所谓的绿色革命,化肥产量增加了10倍。

这使得世界范围内的农业生产得以增加,特别是在发展中国家,农业生产被用来养活日益增长的全球人口。

对氮的高需求是通过加速从新鲜空气中获取氮和氢并利用它们合成氨(主要的氮肥)的过程来满足的。由于地球大气中的空气由78%的氮组成,合成氨的生产仅受其成本的限制。

但磷通常以固体或液体的形式储存,应对磷肥高需求的最廉价方法是从磷矿中提取。

磷矿是一种既有限又不均匀分布的资源。摩洛哥和西撒哈拉、中国、阿尔及利亚、叙利亚和巴西是世界上磷矿储量最大的五个国家,占世界磷矿储量的84%。澳大利亚仅持有1.6%。

由于磷矿是一种有限且不可再生的资源,持续的开采给我们未来的供应带来了不确定性。

磷的微量供应

一个解决办法是寻找磷的其他来源,这就是你和我可以发挥作用的地方。我们的尿液是磷的一个极好的原料来源。

我们每个人每年都会通过尿液排出多达半公斤的磷。这使得尿液成为城市地区磷的最大来源。

早在17世纪,德国化学家亨尼格·勃兰特(Hennig Brandt)就选择用尿液来分离磷元素。在他的实验中,他将数百升尿液煮沸成浓稠的糖浆,直到从中蒸馏出一种红色的油。

他把油收集起来,冷却尿液。他把混合物底部形成的盐去掉后,又把红色的油加了回去。将混合物加热16个小时,会产生白色的烟雾,然后是油,最后是磷。

他实际上是在寻找传说中可以把任何金属变成金子的魔法石。他可能失败了,但他证明了用简单的工具从尿液中分离出磷是多么容易。

减少、再利用、再循环

与勃兰特的方法相比,今天从废物中回收磷的方法更加实用和经济。

越来越多的公司希望从废水中回收磷,包括从尿液中。

新的尿源性肥料已经进入市场,寻找最佳技术将有臭味的尿液转化成安全、无臭味的商业肥料的竞赛正在进行。

在澳大利亚,悉尼科技大学的研究人员已经开发出一种利用尿液作为原料来生产肥料和淡水的方法。选定的微生物用于氧化原尿中的(有臭味的)化合物,并将挥发性氨转化为更稳定的硝酸盐。

处理后的尿液通过一层膜过滤,膜保留了微生物,允许它们重复利用,同时允许可溶性的磷和氮通过。经过处理和过滤的尿液经过浓缩,达到与商业化肥相似的营养浓度。

目前,这种名为UrVal(“你是有价值的”的缩写)的化肥正在英国皇家植物园进行试验。

显然,这些从废物中回收营养物质的新发明使我们能够减少对有限资源(磷)的依赖。

但它们也能使我们探索有一天在地球以外的地方生产食物的可能性,我们在那里需要化肥。在这些地方可能找不到磷矿,但我们有足够的尿液。

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