中新網(wǎng)北京1月21日電 (記者 孫自法)在現(xiàn)代社會人口集中的城市里，人們工作生活產(chǎn)生的大規(guī)模廢水如何凈化處理問題，一直以來備受關注。
施普林格·自然旗下專業(yè)學術期刊《自然—催化》最新發(fā)表一篇論文稱，中國團隊研究發(fā)現(xiàn)一種能夠利用城市廢水中的尿液用以提取一種有用物質(zhì)的機制，或能用于作物施肥和其他目的。在此基礎上，該研究提出一種有擴展?jié)摿Φ摹白儚U為寶”的全新方法，可用于大規(guī)模廢水處理。該方法標志著原位電催化產(chǎn)固體過氧化物的首次突破，實現(xiàn)成本效益高且經(jīng)濟環(huán)境價值較好。
新型尿素提取方法與傳統(tǒng)方法對比示意圖。時新建 供圖論文第一作者兼共同通訊作者、河南大學納米科學與材料工程學院教授時新建介紹說，尿液含有化學物質(zhì)尿素，尿素富含氮，而氮是肥料的重要成分。由于在農(nóng)業(yè)中的潛在用途，尿液在某些場景下被譽為“液體黃金”，但通常情況下仍被視為廢棄物。儲存大量尿液以及開發(fā)能將尿素變成有用化合物的機制，一直是廢水處理工程面臨的一個挑戰(zhàn)。現(xiàn)有技術由于能耗高、分離效果差且環(huán)境成本高，難以實現(xiàn)經(jīng)濟性與環(huán)保性的平衡。
在本項研究中，研究團隊利用電化學反應去除廢水中的尿素，有效保留尿素分子完整性的同時以近100%的比例將尿素轉換成純的過碳酰胺(尿素中一種有用的固體衍生物)，而且不需要使用復雜的純化步驟。收集到的過碳酰胺或有不同用途，包括環(huán)境水處理、消毒和促進作物生長。
這種反應用廉價的碳材料作為催化劑，加上空氣中的氧氣，能在低于傳統(tǒng)反應的溫度和壓強下產(chǎn)生過碳酰胺。該系統(tǒng)被發(fā)現(xiàn)同時適用于人類和哺乳動物的尿液，比其他方法更廉價，而且能產(chǎn)生更純、更有價值的最終產(chǎn)物。
經(jīng)濟分析表明，每日生產(chǎn)一噸過碳酰胺只需要100平方米的土地，以及來自6382戶家庭或是3800頭奶牛的尿液，這說明該方法的可行性很高，該模式在南至廣州，北至內(nèi)蒙古的廣大區(qū)域內(nèi)均有落地潛力。
過碳酰胺獲取過程及廣泛應用價值的藝術示意圖。時新建 供圖時新建表示，他們這項研究結果為今后研究該“變廢為寶”工藝的效率和可擴展性奠定了基礎，后續(xù)通過進一步升級，或能實現(xiàn)更可持續(xù)的城市廢水管理實踐，以及對新獲得物質(zhì)的創(chuàng)新使用。
據(jù)了解，中國團隊這一重要研究成果論文被《自然—催化》選為封面文章，并在《自然》系列專欄以《從“液體黃金”尿液中提取肥料》為題進行熱點報道。(完)