mile米乐中国官方网站 利用污水污泥焚烧灰制造磷化学品

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）催化剂化学跨学科研究中心 Tomoki Nagakawa，首席研究员，Masaru Yoshida，研究中心主任，材料和化学部主任 Kazuhiko Sato，地圈资源和环境研究部助理主任 Kazuya Morimoto 高级首席研究员为东京理科大学 Yumiko Nakajima 教授、长谷川、北海道大学 Junya 教授（均为催化化学跨学科研究中心指定研究员），磷酸此外，它含有许多杂质污水污泥焚烧灰化学品回收阻燃我们成功合成了磷酸三丁酯，一种有用的磷化工产品。

磷是我们周围的各种物质（例如肥料、食品和药品）中含有的元素，但在日本它是磷化工产品的原材料黄磷不生产，目前几乎 100% 进口。近年来，磷资源在经济安全方面的重要性日益增强，污水污泥焚烧灰、炼钢渣等国内闲置磷资源的回收和有效利用备受关注。

这次是硅化合物四烷氧基硅烷 (TROS)直接酯化磷酸的技术。迄今为止，磷酸直接酯化反应的例子还很少，已有的报道主要涉及磷酸单酯和磷酸二酯的合成。另一方面，利用新开发的技术，磷酸可以立即转化为阻燃剂。增塑剂通过将该技术应用于从污水污泥焚烧灰中回收的粗磷酸，我们成功合成了克级的磷酸三丁酯，这是磷酸三酯的一种，被称为阻燃剂。

该技术的详细信息将于 2024 年 12 月 3 日（欧洲中部时间）公布。应用化学国际版发布该论文被杂志编辑选为热点论文。

磷不仅作为动植物生长必需的元素存在于肥料和食品中，而且还是用于药品和工业产品等多种用途的重要资源。这些产品中，附加值较高的磷化工产品以黄磷为原料，但黄磷国内不生产，完全依赖进口。近年来，受磷产品价格上涨等因素影响，磷资源在经济安全方面的重要性日益增强。因此，从磷资源有效利用的角度来看，生活污水污泥焚烧灰、炼钢渣等未利用的磷资源备受关注。

然而，从未利用的磷资源中回收的粗磷酸的回收利用用途有限，大部分用作肥料。这主要是因为磷酸的热力学和化学性质稳定，目前尚未开发出有效的分子转化技术。如果能够以粗磷酸替代以黄磷为原料的工艺，并开发出化学回收技术将其转化为高附加值的磷化工产品，将有可能扩大国内闲置磷资源在制造业的利用。

AIST 在 2020 年设立的跨学科项目“资源循环利用技术研究实验室”中，开发了从日本现有的未利用资源中回收磷酸的技术，以及通过磷酸直接分子转化的高附加值技术。这次，我们结合了该技术，从典型的未利用磷资源下水污泥焚烧灰中回收粗磷酸，并创造了用作阻燃剂的磷化工产品和增塑剂。磷酸酯类型的技术。

此项研究与开发得到了日本科学技术振兴机构 (JST) 战略创意研究促进项目 PRESTO“创建与全球环境和谐的材料转换基础科学”(2022-2025 财年，JPMJPR2277)、JST 紧急研究支持项目“构建硅磷资源循环的新生命周期”(2022-2029 财年， JPMJFR221Z），住友财团基础科学研究补助金（采用编号200092），催化科学测量联合研究中心联合使用和研究（采用编号23DS0334），国立自然科学研究所冈崎共同研究设施计算科学研究中心（23-IMS-C002），北海道大学光激子研究中心支持。

这次，我们发现磷酸和TROS在极性酰胺溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中反应，稳定生成磷酸甲硅烷基酯。我们还发现，在 200 度下加热这些磷酸甲硅烷基酯，会进一步将它们分子转化为磷酸三酯，因此，我们开发了使用 TROS 作为关键反应物的磷酸直接酯化反应（图 1）。磷酸酯是使用由黄磷和醇衍生的三氯氧化磷在工业上合成的。此外，磷酸与醇直接酯化反应的研究仅限于合成磷酸单酯和磷酸二酯的报道，但在该反应中，可以由磷酸生产可用作阻燃剂和增塑剂的脂肪族磷酸三酯。脂肪族磷酸三酯是磷酸的羟基脂肪族有机基团(R)取代的结构。

我们还尝试将这种直接将磷酸转化为磷酸酯的技术应用于从污水污泥焚烧灰中回收的粗磷酸。首先，利用日本三个地方政府提供的污水污泥焚烧灰提取磷酸。通过将污水污泥焚烧灰和强酸性阳离子交换树脂在水溶液中混合，抑制了传统酸提取方法中无法避免的各种金属离子的洗脱，并选择性地提取了磷酸。将得到的磷酸提取液减压浓缩，得到约80质量％的粗磷酸，将其用于利用TROS的酯化反应。通过粗磷酸和四丁氧基硅烷在 DMF 中反应，我们成功合成了克级磷酸三丁酯（一种磷酸三酯，用作阻燃剂）（图 2）。

结果，我们成功地使用从国内未使用的磷资源中回收的磷酸作为原料来合成磷酸酯，而不是使用传统上由磷矿生产的黄磷作为原料。此外，新开发的酯化反应膦酸有机次膦酸可用于合成各种有机磷化合物。

AIST将继续进行研究和开发，以从未使用的磷资源中回收磷，并将高附加值技术应用于社会。今后，我们将通过将磷资源返还日本，响应磷资源供应链，为实现资源循环型社会做出贡献。

已出版的杂志：应用化学国际版
论文标题：磷酸、膦酸和次膦酸与有机硅酸盐的一步酯化：污水废物的磷化学回收
作者：Yuki Naganawa、Kei Sakamoto、Akira Fujita、Kazuya Morimoto、Manussada Ratanasak、Jun-ya Hasekawa、Masaru Yoshida、Kazuhiko Sato、Yumiko Nakajima
DOI：101002/ani202416487

磷酸

五氧化二磷 P₂O₅水合形成的酸，即正磷酸H₃订单₄，焦磷酸盐H₄P₂O₇，偏磷酸HPO₃正磷酸通常简称为磷酸。[返回来源]

污水污泥焚烧灰

污水处理过程中产生的污泥在约800℃的温度下进行焚烧。通过在焚烧过程中去除有机成分，磷含量降低至20-30质量%（P₂O₅转化率)且浓度较高。[返回来源]

化学回收

一种回收方法，与材料回收和热回收一起，其中使用过的资源被化学分解并在分子水平上转化为原材料和其他有价值的东西。[返回来源]

阻燃

添加到塑料、橡胶和纤维等易燃材料中以使其不易燃（阻燃剂）的化学物质的总称。主要使用卤化物和磷化合物。[返回来源]

黄磷

化学式P₄表示它是一种用作所有磷化工产品原材料的化学物质，目前国内还没有生产，所以几乎所有东西都是进口的。[返回来源]

四烷氧基硅烷 (TROS)

硅原子上键合有四个烷氧基结构的硅化合物的总称。用作高纯合成二氧化硅、电子器件保护膜、绝缘膜的原料。[返回参考源]

增塑剂

添加到塑料和橡胶等材料中以赋予柔韧性和弹性的化学物质的总称。主要使用酯类化合物。[返回来源]

磷酸酯

由磷酸获得的酯的总称。由于磷酸是三元酸，因此有三种相应的类型：单酯、二酯和三酯。其中，三酯用于阻燃剂和增塑剂等应用。[返回来源]

脂肪族有机基团

它是有机基团的一种，是指具有碳原子以链（直链或支链）连接的骨架结构的有机基团。此类基团通常也称为“烷基”。[返回参考源]

膦酸/次膦酸

一种磷含氧酸。三个羟基之一被氢取代的正磷酸称为膦酸，其中两个羟基被氢取代的正磷酸称为次膦酸。其中，将磷直接与有机基团键合的化合物称为有机膦酸、有机次膦酸。[返回来源]