再见，难闻的气味！

再见，难闻的气味！

2019/09/30

再见，难闻的气味！ 利用普鲁士蓝颗粒吸附剂高效去除氨

日本科学技术协会修改后的普鲁士蓝晶体结构并加工成颗粒有效去除氨我们开发了一项技术来4024_4052|通过用铜取代晶体中的铁稳定播放、重复使用可以，显着降低成本现在是可能的。以后猪圈、堆肥设施都会出现难闻的气味农业设施的实际应用预计它不仅可以用于厕所、健身房、医院、护理机构，甚至半导体工厂。

如果它可以吸附铯和水，它也应该能够吸附氨

高桥普鲁士蓝物质作为葛饰北斋和歌川广重使用的深蓝色颜料而闻名。它是一种具有晶体结构的材料，其中铁和铁像攀爬架一样连接在一起，中间夹着氰化物，最初被认为是一种能很好地吸附铯离子和水分子的材料。我们与共同研究伙伴关东化学株式会社（以下简称关东化学）一起，将这种普鲁士蓝加工成恶臭物质氨的吸附剂，并开发了一种将其用于过滤器的高性能除臭装置。

川本最初的想法是在东日本大地震之后产生的，对吧？

高桥是的。使用普鲁士蓝作为氨吸附剂的想法诞生于使用普鲁士蓝开发铯吸附剂的过程中，因为2011年东日本大地震后铯的去除成为一个问题。

川本普鲁士蓝作为铯吸附剂最终以无机珠和无纺布等各种形式投入实际应用，但当我们刚开始研究时，我们并不知道普鲁士蓝选择性吸附铯的机制。因此，我们对普鲁士蓝的晶体结构和铯吸附效果进行了详细的观察和分析。结果表明，普鲁士蓝具有约05 nm大小的“空隙位点（空穴）”，这些空穴通过吸收铯离子和水而起到吸附剂的作用。

高桥水和氨具有非常相似的性质。我认为如果它可以吸收水，它也可以吸收氨，并且由于普鲁士蓝的晶体内有游离（配位不饱和）金属离子，理论上它应该能够吸收氨分子和水分子。你可以计算一下一克普鲁士蓝可以吸收多少克氨。经过一番计算，我确信这将是一种高性能的氨吸附剂！

河本当高桥问我“我认为普鲁士蓝可以用作氨吸附剂。我们为什么不朝这个方向进行研究和开发”时，我无法立即给出答案。我想大约一周后我才回复。那段时间我也在研究理论上是否可行，是否有市场。结果，我们认为它在理论上和市场上似乎都有效，所以我们决定尝试一下。

氨既有用又有害

高桥氨是一种有用物质，全世界每年生产 17 亿吨，但同时，它也是一种有害物质，在厕所、畜牧设施、医院和护理设施中产生，会产生难闻的气味。此外，根据恶臭防止法，它被指定为特定恶臭物质（产生令人不愉快的气味并可能破坏生活环境的物质），即使浓度为10 ppmv左右，即1升空气中的1/100,000升，也会发出强烈的气味。日本工业卫生学会将人类工作环境中氨的允许浓度定为25 ppmv。已经有许多工作场所在处理氨这种有毒物质时遇到了困难，我们认为氨的吸附和除臭肯定会有用处。

川本高桥最初对回收氮作为肥料感兴趣，从这个角度来看，他也关注氨。

高桥近年来，空气污染物PM25已成为一个问题。氨也是 PM25 的一个原因。 PM25是工厂和汽车废气中所含的氮氧化物和硫氧化物与大气中的氨结合而产生的。为了减少 PM25，我想找到一种方法来有效回收造成 PM25 的氮气。如果我们能够减少氨的排放，我们也可以减少PM25的排放。换句话说，很明显，即使对于那些没有直接受到难闻气味困扰的人来说，去除氨也是有意义的。

　与此同时，日本 60% 的氨排放量和欧盟 49% 的氨排放量来自畜牧业。欧盟已经制定了氨排放的削减目标，相信日本未来也会制定具体的削减目标，并且可能需要氨回收技术作为环境问题的对策。

氨臭问题是畜牧业面临的一个紧迫问题

河本我们考虑了氨吸附技术的各种用途，但我们决定从畜牧业的氨对策开始我们的研究和开发。这是因为，在与田里的农民交谈时，我发现他们对这种气味非常困扰。事实上，猪圈和堆肥设施收到的来自邻居的投诉中，一半以上与气味有关。显然，后来在原来的农田附近建住宅区时也会收到投诉，而当新建猪圈时，邻居会因为气味而反对，从而很难找到合适的土地。臭味问题一直是困扰畜牧养殖户的一个非常困扰的问题。

高桥目前，从动物福利（动物健康）和生产力提高的角度来看，建议将猪舍内的氨浓度保持在25 ppmv以下，与人类工作环境中的相同。高氨浓度不仅对人类而且对猪都有压力。高压力会增加疾病风险并影响猪的生​​长速度。

　当然，猪圈内积聚的臭味可以通风，但如果打开窗户，臭味就会外泄，引起邻居更多投诉。 冬天，室温下降，对猪的生长产生负面影响。但如果不通风，氨浓度就会升高，使猪更容易患病。因此，迫切需要一种无需通风即可去除异味的技术。因此，我们开始研发一种可以在密封环境下去除难闻气味的除臭材料。

铜普鲁士蓝，吸附性能高，经久耐用

高桥普鲁士蓝本身具有很高的氨吸附能力，但我修改了分子结构，有目的地切除了一些现有的空隙位点，以增加缺陷位点的数量。这导致晶体结构更容易吸附氨，吸附性能提高了17倍。

河本普鲁士蓝具有攀爬架般的晶体结构，其中铁和铁通过青色分子连接，但也可以用其他金属元素代替铁。被其他金属元素取代的物质被称为“普鲁士蓝类似物”，根据金属元素的颜色，它们会变成各种颜色的物质。所有普鲁士蓝类似物都可以吸附氨，但各自的性能略有不同。我们合成了 70 多种普鲁士蓝类似物，并评估了哪些最适合作为氨吸附剂。

高桥要将其作为除臭材料投入实际使用，不仅需要考虑吸附性能，还需要考虑成本和重复使用的强度。由于畜牧业一次性使用大量吸附剂，考虑到经济负担，我们的目标是开发一种可以反复使用的吸附剂，而不是一次性的，通过解吸吸附的氨并再生普鲁士蓝。为了去除氨，需要用稀酸清洗吸附剂，但在反复的吸附和再生过程中，一些金属会变脆并断裂。

川本观察吸附的氨能否被正确去除尤为重要。如果不能充分排除烟雾，每次使用时性能都会下降。然而，当考虑到可用性时，不值得花费任何金钱或时间来摆脱它。从解吸量和时间等各个角度评估所有类似物后，发现最佳物质是“普鲁士铜蓝”，它用铜代替铁。尽管被称为“普鲁士蓝”，但由于铜的影响，它呈现出棕色的颜色。

高桥铜普鲁士蓝具有足够的强度，可以承受反复使用吸附氨、用酸去除氨、并允许其再次吸收的情况。另外，由于氨呈弱碱性，因此吸附剂必须具有耐碱性，但铜普鲁士蓝比普鲁士蓝本身表现出更高的耐碱性。氨吸附性能也很高，每克普鲁士蓝铜可以处理5000升含有10ppmv低浓度氨的空气。这比现有的典型吸附剂（例如离子交换树脂、沸石和活性炭）高 5 至 100 倍。

另一个重要的特点是，即使在潮湿的空气中，它也能吸收与干燥空气中一样多的氨。由于氨和水具有相似的化学性质，普通吸附剂在潮湿环境中容易吸附水。因此，它吸附氨的能力下降，但我们开发的铜普鲁士蓝修改了其分子结构，使其比水更容易吸附氨，因此即使在充满水蒸气和其他气体的环境中，它也能很好地吸附氨。川本：一旦我们决定使用铜普鲁士蓝，我们最终开始开发一种可用于实际猪圈的吸附剂。与我们共同开发铯吸附剂的关东化学将再次与我们合作。

即使是颗粒状也能保持吸附性能。在猪舍和堆肥设施中具有出色的除臭效果

高桥作为一种对密封猪舍进行除臭的装置，我们设想了一种系统，其中猪舍内与氨混合的空气通过风扇被输送至含有铜普鲁士蓝的过滤器，然后除臭后的空气返回猪舍。此时，由于普鲁士蓝作为粉末很难处理和再生，因此我们决定将粉末与粘合剂（粘合剂）混合，揉捏，然后将其制成颗粒。当然，如果吸附性能变差，制成颗粒就没有意义了，所以我们请关东化学的人考虑如何制作和捏合铜普鲁士蓝颗粒，使它们之间有良好的空间。

河本吸附材料为直径约5毫米的棕色颗粒。当我们评估除臭性能是否恶化时，我们发现即使是颗粒状，它也能比粉末多吸附70%至80%的氨。吸附性能保持得很好，所以我很高兴这能起作用。

高桥我们还证实，即使使用稀酸再生30次以上也不会破裂。 30次是因为实验期是30天，我们知道它实际上足够坚固，可以承受超过这个时间的使用。

　然而，我很难找到有效地再生它的方法。我们知道它可以回收利用，但与在实验室中清洗少量粉末不同，猪圈或堆肥设施中的实际使用量超过 10 公斤。由于使用与实验室相同的方法很难去除吸收的氨，因此我们开发了一种新型的循环水自动清洁装置。

川本并非所有酸都可以用于清洁。可以冲入下水道的酸浓度有标准，设备可能更容易受到损坏。当然，酸的价格也不容忽视。此外，在猪圈中使用大量的水会增加成本并且不利于环境。还必须考虑再生所需的水量。我们计算并设定了畜牧农民每头猪的承受能力为多少日元的指导方针，并在硬件和软件方面反复进行试验和错误。

高桥我再次意识到，在实际使用中存在很多限制，包括法律限制。我们怎样才能在其中创造出有效的东西呢？接受这个挑战很困难，但也很有趣，因为您可以体验到接近实际应用的结果。

川本安装在猪圈内的吸引装置结构简单。我们将这种颗粒状吸附剂放置在长 60 厘米 x 宽 50 厘米 x 厚 5 厘米、带有穿孔板制成的通风孔的不锈钢箱中，制成了“氨吸附过滤器”，并将该过滤器与风扇结合起来，形成了吸附装置。这次我尝试使用这个尺寸，但当然可以根据您的目的创建任何尺寸的过滤器。

高桥实验在两个猪圈中进行，每个猪圈容纳 40 头猪。本实验在两个猪圈中的其中一个安装了吸附装置，并与没有安装吸附装置的猪圈进行了氨浓度的比较。 5天的实验结果如图所示。没有使用吸附装置的猪圈的氨浓度高达约30 ppmv，而使用吸附装置的猪圈的氨浓度几乎总是低于5 ppmv。

　我们进行了实验，看看这种过滤器是否不仅可以在猪舍中，而且可以在湿度为 100% 的堆肥设施中去除废气中的氨。堆肥设施排出的废气中氨浓度极高，达到100 ppmv 以上。我认为仅使用一个过滤器会很困难，因此我决定找出可以使用多少个过滤器来去除氨。

　结果，使用1个过滤器将氨浓度从100 ppmv降低到40 ppmv，使用2个过滤器将氨浓度降低到10 ppmv，使用3个过滤器将氨浓度降低到几乎检测不到的程度。

川本我认为以前从未有过具有如此紧凑的尺寸和性能的吸附系统。

再生回收的气味（氨）

川本目前，在地方政府、日本养猪协会、福岛县农业推广办公室等许多组织的合作下，我们正在进行示范实验，不仅要消除恶臭，还要看看减少恶臭如何改变养猪效率。

　普鲁士蓝颗粒吸附剂尚未达到商业化阶段，但我们已经开始提供样品。从10月份开始，我们计划准备使用手册等资料，进一步普及该产品。

高桥其他用途包括厕所、体育馆、医疗机构和护理设施，最近它还因去除发酵食品中的氨气味而引起了食品行业的关注。

　此外，我们相信这项技术可用于去除可能导致腐蚀的低浓度氨，例如博物馆和半导体工厂内的氨。在半导体制造现场，据说即使存在小至 00001 ppmv 的氨也会影响制造过程。如果浓度这么低，用鼻子是无法检测到的，但我们的技术能够处理这种情况。

川本此外，我们也开始考虑如何有效利用回收的氨。例如，这种吸附剂可以用来从污水中回收氨并用作肥料吗？污水中的氨浓度约为01%，因此需要浓缩100倍左右才能制成肥料，但如果能做到这一点，就可以将其干燥并用作肥料材料。浓缩也是我们技术的强项，可以说我们正在开发将气味再生为资源的技术。

　有一个“城市采矿”的概念，即从不再需要的电子设备中收集稀有矿物，但我们正在尝试回收空气和水中含有的气味，而不是矿物，并将其转化为资源。 “利用气味作为资源”是一个非常新的概念，不是吗？

高桥这种氨吸附剂现已达到实用水平，但这仅仅是开始。普鲁士蓝可以设计成能够选择性地吸附氨以外的气体的结构，因此，如果您有“我们可以做这样的事情吗？”之类的请求，请随时与我们联系。

川本我认为还有很多需求是我们不了解的。如果您能告诉我们您的需求，无论是氨还是其他气体，我们将非常高兴。我希望能为您提供帮助，并期待您的来信。