Загрязненную воду предложили использовать для производства удобрений

Немецкие исследователи Фебе ван Лангевельде и Марк Копер из Лейденского института химии (Нидерланды) предложили извлекать нитраты из загрязненных грунтовых вод и производить аммиак экологически безопасным способом.

Нитраты представляют собой соли азотной кислоты, содержащие однозарядный анион NO₃. Денитрификация или преобразование окисленных соединений азота до газообразных азотистых продуктов (обычно до N₂) — это сложный процесс, который в природе вызывается денитрифицирующими бактериями. К ним относятся представители Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus и Micrococcus.

В свою очередь аммиак, азотное соединение NН₃, является важным сырьем для производства удобрений. Он производится из газообразного азота, но этот процесс происходит при высоком давлении и температуре и, следовательно, требует использования ископаемого топлива. По словам Фебе ван Лангевельде, решением обеих проблем было бы объединение этих процессов и преобразование нитрата непосредственно в аммиак.

Исследователи предложили в роли денитрифицирующих компонентов получения газообразного азота не бактерии, а электрохимию, которая могла бы стать дешевой и надежной альтернативой. Исходный материал растворяется в жидкости, в которую помещены два электрода, покрытые катализатором. Когда на электроды подается напряжение, на их поверхности происходят химические реакции в зависимости от нанесенного катализатора.

«До сих пор невозможно было таким способом превратить нитраты в чистый газообразный азот. Формируется слишком много других продуктов. Оказывается, намного проще превратить нитрат в аммиак, для чего в последние несколько лет были разработаны подходящие катализаторы на основе новых материалов», — Фебе ван Лангевельде.

По словам исследователей, это может быть не только лучшим способом удаления нитратов из загрязненной воды, но и экологически чистой альтернативой производству аммиака. Сегодня синтез NН₃ происходит в рамках процесса Габера. Эта технология применяется уже более века, и заменить ее будет сложно. Но электрохимический подход из нитратов может быть дешевле, чем процесс Габера.

Реализация нового способа происходит при комнатной температуре и обеспечивается электричеством. Производство аммиака в этом случае может быть мелкомасштабным и применяться на местном уровне.

«Таким образом, вам не нужно хранить большое количество продуктов с соответствующими рисками для безопасности. Взрыв в Бейруте, например, был связан с хранением удобрений без тары», — Фебе ван Лангевельде.

Авторы работы отмечают, что до того, как электрохимическое превращение нитрата в аммиак можно будет применить на практике, необходимы дополнительные фундаментальные исследования — например, исследования подходящих катализаторов и образования побочных продуктов. При этом остается вопрос, какие из сточных вод подойдут для этого процесса. Например, потоки отходов атомных электростанций и промышленности могут быть подходящими, но они также содержат вещества, которые могут нарушить процесс.

«Количество нитратов в загрязненных грунтовых водах слишком мало для этого применения. Следовательно, потребуется дополнительный этап концентрирования нитрата. Таким образом есть еще некоторые препятствия, которые необходимо преодолеть, но этот подход выглядит многообещающим. Это может способствовать восстановлению глобального азотного цикла», — заключают исследователи.