新型水凝膠粒子成環保肥料

美國華盛頓大學工程師團隊日前發佈消息稱，該研究團隊開發的新型礦物水凝膠複合粒子，不僅能高效淨化廢水，還能將回收的養分“變廢為寶”，轉化為農業肥料或生物精煉原料，減少有害藻華的發生。

在全球人口增長和糧食資源有限的背景下，可持續農業發展面臨巨大挑戰。據聯合國預測，到二○三○年全球人口將達到八十五億，糧食需求增加百分之五十。傳統農業發展受病蟲害、非生物脅迫以及大量使用農用化學品帶來的環境污染等因素制約。

研究人員指出，這項技術的核心是一種嵌有納米級礦物“種子”的智能水凝膠。“種子”由磷酸鈣和鳥糞石製成，能像磁鐵般吸附鐵屑，去除並回收水中的氨和磷酸鹽。磷酸鈣是一種無機化合物，為白色晶體或無定形粉末，微溶於水，易溶於稀鹽酸和硝酸，不溶於乙醇、丙酮和乙醚，常用作抗結劑、水分保持劑等。鳥糞石是一種由鎂、銨和磷酸鹽組成的礦物，會與鈣和其他陽離子結合。氨和磷酸鹽則會附着到“種子”上，使水凝膠膨脹。

測試數據顯示，隨着養分不斷聚集，水凝膠的粒徑從六點一二納米膨脹至十四點八納米。而且，兩種納米複合粒子對廢水中氨和磷酸鹽的去除率分別達到百分之六十和百分之九十一，相當於為水體裝上了“營養攔截網”，以抑制藻類生長和相關毒素堆積。研究人員表示，與傳統方法相比，新技術實現了三大突破：養分高效回收而非簡單清除、同步平衡了氨與磷酸鹽的去除比例、能在複雜水質中保持穩定性能。水中氨和磷酸鹽過量會導致有害藻華，藻華是指淡水或海洋水體中藻類種群的快速增加或累積，藻華通常可以通過水體因藻類色素而發生的顏色變化來識別。氨合成過程會消耗大量能源，且磷資源日益減少。

研究人員指出，由於世界磷資源儲藏量非常有限，未來磷資源短缺的風險，一方面會對農業生產構成嚴重威脅，給糧食價格帶來巨大上漲壓力；另一方面也暴露出所謂“生物燃料”是一種“可再生”能源資源理念的重大缺陷。新型礦物水凝膠複合顆粒能從廢水中收集這些營養物質，並將其重新用作肥料和生物精煉的原料。

據悉，團隊已在二十升規模實驗中取得成功，目前正推進二百升的中試測試。這種“變廢為寶”的創新思路，既緩解了磷資源短缺壓力，又減少化肥生產中的能源消耗，為循環經濟提供了範例。在未來，這種新型礦物水凝膠複合顆粒將廣泛推廣至農業等相關領域，提高農業生產效率。

美 子