URBAN UREA CYCLE (URURCI)

Az előadások a következő témára: "URBAN UREA CYCLE (URURCI)"— Előadás másolata:

1 URBAN UREA CYCLE (URURCI)
A probléma maga

2 A probléma számokban Ez így együtt: 7,7 milliárd HUF/év
Budapesten éves szinten 22,000 tonna karbamid kerül a csatornahálózatba a vizelettel (30 g/fő/d) Ennek piaci értéke: 2,2*109 HUF (2,2 milliárd Ft) N eltávolításra az FCsM Rt. évi 5,5*109 HUF-t költ (0,5 Mio szennyvíz m3/d, és 30 Ft/m3 N kezelési költség) Ez így együtt: 7,7 milliárd HUF/év MI VÁLASZT EL MINKET ETTŐL A PÉNZTŐL???

3 Ne hagyjuk ammóniummá alakulni az értékes molekulát ! (2 probléma)
A lebomlás megakadályozása Az urea eltávolítása a nyers szennyvízből, még a biológiai tisztítóegységek előtt

4 Húgysav A húgysav (ureát) a madarak és hüllők N katabolizmusának végterméke. (Bár szintézise energiaigényes, a vízveszteség minimalizált. Általában a nagyon száraz körülmények között élő állatok kényszerülnek így megszabadulni a N feleslegtől. (kengurupatkány).

5 Az urea (karbamid) ciklus

6 Mi történik az ureával a csatornában?
1. Lépés: Urea hidrolízis (NH4)2CO3 Ammónium karbonát (NH2)2CO + 2H20 Urea víz Ureáz 2. lépés + (NH4)2CO3 + 2H NH CO H20 Ammónium karbonát 3. Lépés: pH függő egyensúly beállása NH OH NH H2O +

7 1. probléma: A karbamid lebomlásának megakadályozása
Ureáz enzim időleges gátlása (N-(n-butyl) tiofoszfor triamide (NBPT), 4-amino-o-krezol és -m-krezol Csapadékképzés a csatornahálózatban (karbamid-aldehid kondenzátumok: metil-karbamid láncok ) Biuret képzés → Műgyanta képzés (aminoplasztok) Nehezebben biodegradálható vegyület képzése a csatornahálózatban (a képen: nyugtató)

8 A lassított vagy gátolt urea bomlás problémái
Hidraulika (napszakosan változó ritmusok) Időkorlátok (tartózkodási idők) Biokémiai/mikrobiológiai problémák (a keletkező anyag nem lehet tartósan inhibitor vagy biocid hatású) A képződő vegyület egyszerű művelettel eltávolítható legyen a nyers (előülepített) szennyvízből Ne okozzon korróziót, dugulást, stb.

9 2. probléma: az urea (vagy származékai) eltávolítása a nyers szennyvízből
Mikroszűrés (amennyiben csapadék) Ioncsere (amennyiben töltött molekula) Egyszerűbb adszorberek (amennyiben polimer) Szintézis módszerek megfordítása (de akkor ammónium kezelés szükséges, pl. katalitikus utóégetés) Ülepítés (ha elegendően nagy és súlyos a csapadékrészecske)

10 Karbamid acilezése NH2CONH2 + Me2CH-CHBr-COBr → NH2-CO-NH-CO-CHBr bromurál + CH2Me2 + HBr NH2CONH2 + EtOOC-CH2-COOEt + NaOEt → barbitursav alloxán (B12 vitamin szintéziséhez használják) dialkil-malonészterekkel ugyanígy készülnek a barbiturát nyugtatók:

11

12 Ha nem csak megszabadulni akarunk a telepre érkezett ureától...
Biodegradálható termoplasztikok gyártása (műveleti leírás: Uppsala, 2007) Urea-zsírsav komplexek képzése (by Bengen, (German Patent Appl. OZ 12438, 1940) kristályos zárványok

13 Karbamid-formaldehid (FORMURIN)
Legelterjedtebb kondenzátum, mely különböző márkanéven: Ureaform, Nitroform, Formurin, stb. ismert. A lassan ható N-műtrágyák oldhatósága az aktivitási indexszel (Ai) jellemezhető:   Ai=[(Nh%-Nf%)/Nh%]*100, ahol: Nh%= hideg vízben oldhatatlan N%, Nf%= forró vízben oldhatatlan N%. Izobutilidén-dikarbamid (IBDU) a karbamid és az izobutiraldehid kondenzációjával előállítható műtrágya. Krotonilidén-dikarbamid (CDU) A karbamid-aldehid alapú műtrágyák előállítása költséges, ezért csapadékosabb országokban használják

14 Faipari ragasztók A karbamidgyanták ragasztóképessége és tapadása igen jó, vízzel és nedvességgel szembeni ellenálló képessége kielégítő. Hátrányos tulajdonsága a viszonylagos ridegség, melynek csökkentésére töltő- és nyújtóanyagokat (őrölt cellulóz, ipari rozsliszt stb.) alkalmaznak. A víz- és főzésállósági tulajdonság javítása melamingyanta bekeverésével lehetséges. Az amingyanták, ezen belül is a karbamid-formaldehid műgyanták felhasználása széles körű: faforgácslap és pozdorjalap gyártásához, rétegelt lemezek készítéséhez, farostlemezek ragasztásához alkalmazhatók.

15 Karbamid műtrágya Wöhler,1828 Hatóanyag-tartalom: 46,6 % (m/m) Előnyös tulajdonságok (ár, nagy hatóanyag-tartalom, kis higroszkóposság) Vízben jól oldódik, hidrolizál NH2-CO-NH2 + H2O  2 NH3 + CO2 Széles körű felhasználás (paraffinmentesítés, hidrazin előállítás, műanyagipar, hyperol)

16 CaCN2 + 3 H2O  (NH2)2CO + Ca(OH)2
Karbamid előállítása Néhány módszer: - kalcium cián-amid hidrolízise: CaCN2 + 3 H2O  (NH2)2CO + Ca(OH)2 - ammónia és karbonil-szulfid reakciója: 2 NH3 + COS  (NH2)2CO + H2S - ammónia és szén-dioxid reakciója: 2 NH3 + CO2  (NH2)2CO + H2O

17 NH2-CO-O-NH4  NH2-CO-NH2 + H2O
Karbamidszintézis 1. Ammónium-karbamát képződés: CO2 + 2 NH3  NH2-CO-O-NH4 Hr= - 157,8 kJ/mol 2. Ammónium-karbamát dehidratációja: NH2-CO-O-NH4  NH2-CO-NH2 + H2O Hr= + 32,2 kJ/mol