В аграрном секторе активно применяется минерал струвит. Это медленно действующее удобрение, содержащее ключевые питательные вещества (азот, фосфор и магний), необходимые для роста растений. Оно способствует улучшению структуры почвы и снижает риск переудобрения, когда растения получают больше питательных веществ, чем могут усвоить. Процесс производства этого соединения должен быть эффективным, быстрым и экологически безопасным, так как в нем используются вещества, способные способствовать зарастанию водоемов. Исследователи из Пермского Политеха выявили условия, которые увеличивают продуктивность производства струвита и позволяют повысить уровень извлечения вредных веществ из отходов его производства до 98-99%.
Статья была представлена на конференции «Инновационные материалы и технологии – 2024». Данное исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Минерал струвит образуется из фосфата магния и аммония. Он находит широкое применение в производстве эффективных удобрений пролонгированного действия для сельского хозяйства, которые обеспечивают растения необходимыми питательными веществами на более длительный срок по сравнению с традиционными минеральными удобрениями. Например, эффективность обычных подкормок снижается из-за их быстрой растворимости в воде во время полива и дождей, в результате чего значительная часть питательных веществ теряется в зимние и весенние месяцы. Струвит же обладает умеренной растворимостью в воде, благодаря чему удобрение продолжает питать растения на протяжении всего сельскохозяйственного сезона.
В промышленности струвит получают с использованием технологии химического осаждения, что подразумевает выпадение в осадок фосфата магния-аммония. Среди явных преимуществ данного метода можно отметить его простоту, экономическую эффективность и возможность переработки отходов промышленных стоков для получения вещества. Однако вода, оставшаяся после производства струвита, может загрязнять водоемы, если в ней остается избыточное количество веществ, которые при высоких концентрациях становятся опасными, например, аммония. Это может привести к зарастанию водоема и нарушению его экосистемы, что является неприемлемым с экологической точки зрения.
Исследователи Пермского Политеха создали технологию, позволяющую более эффективно и экологически чисто извлекать струвит. Они синтезировали промежуточный продукт — активный компонент, который способствует быстрому и полному выделению этого минерала.
Политехники провели эксперимент, в ходе которого магниевые и натриевые соли были растворены в очищенной воде в различных пропорциях, в результате чего была получена уникальная водно-солевая система. В этой системе образуется промежуточный продукт – вязкое вещество, которое затем используется в качестве реагента для ускорения химической реакции при выделении минерала.
– В ходе экспериментов мы выявили основные условия, способствующие более эффективному и полному получению струвита. Это достигается за счет уменьшения объема воды в солевом растворе и использования вязкого промежуточного продукта. Хотя это дополнительная операция в технологическом процессе, она полностью оправдана. Применяя модифицированную технологию химического осаждения струвита, можно достичь 99% конверсии сырья, в то время как при традиционном методе, без использования промежуточного продукта, этот показатель составляет лишь от 70 до 85%, – делится Юлия Кузнецова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.
– В результате производства струвита образуются сточные воды, которые могут содержать ионы аммония в концентрациях, превышающих допустимые нормы. Это может негативно отразиться на экологии, поскольку аммоний является биогенным элементом. При попадании в пресные водоемы его ионы могут вызвать чрезмерный рост биологических организмов, что приведет к зарастанию водоемов и ухудшению качества воды. Использование промежуточного вязкого вещества в качестве реагента позволило нам достичь степени извлечения ионов аммония на уровне 98-99%, тогда как в традиционных технологиях этот показатель не превышает 85%, – отмечает Ирина Пермякова, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ, кандидат технических наук.
Технология производства струвита, разработанная учеными Пермского Политеха, обеспечивает более быстрый и простой процесс получения удобрений, а также делает его экологически чистым по сравнению с традиционными методами. Это исследование играет значительную роль в развитии отечественного сельского хозяйства.
По материалам пресс-службы Пермского Политеха.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.