米乐(中国)官方网站 从海水中回收家用肥料原料

米乐m6官方网站（以下简称“产业技术综合研究所”）材料科学研究部、山口刚典研究员、特别研究员富山武夫、研究组组长田中恒和首席研究员川本彻开发了从海水中选择性回收钾的技术。

钾 (K) 是植物生长必需的三大营养素之一，与氮 (N) 和磷 (P) 并列。其主要产地有限，日本大部分生产依赖进口。因此，容易受到地缘政治风险和周边突发事件的影响，存在供应稳定的担忧。另一方面，虽然海水中含有大量钾，但其浓度很低，约为004%，无法有效利用。当前，卤水中回收钾，但由于它是从海水中制盐时的副产品，因此产量有限。如果可以直接从丰富的海水中回收钾，或许可以供应钾来满足国内需求。然而，海水中钾离子的浓度，具有相似的化学性质竞争离子，因此很难以高纯度回收它。

这次AIST将对此问题做出回应普鲁士蓝型复合物的电化学控制电极从海水中选择性提取钾离子吸附・支队我们开发了一项技术来9161_9323|利用该技术对模拟海水进行3次吸附和解吸，得到的水溶液可去除海水中99%以上的钠离子，并将钾离子浓缩10倍以上。今后，通过进一步提高钾离子水溶液的浓度，有望开发出在国内稳定生产农作物生长所需的钾资源的技术。

该研究结果的详细信息将于 2025 年 5 月 8 日公布。水资源研究''》杂志。

氮、磷、钾这三大植物生长必需的营养元素，由于产地不均，日本大部分依赖进口。^＊19580_9750^＊2。

在四面环海的日本，如果我们能够开发出一种从海水中有效回收钾的技术，它可能会成为一项重要的技术，从而导致肥料的国产化。已知现有技术利用海水制造食盐过程中产生的卤水等来生产氯化钾，但由于该方法仅生产氯化钾作为副产品，因此生产量有限。海水中含有大量化学性质相似的竞争离子，如钠离子，而钾离子浓度较低，难以直接回收。

普鲁士蓝是 18 世纪发明的人造颜料。产业技术研究院利用普鲁士蓝以及不同种类和比例的普鲁士蓝金属离子的普鲁士蓝络合物，开发出一种选择性吸附、解吸大气中的氨和水中的铵离子的吸附剂。2019 年 1 月 23 日、2025 年 3 月 12 日 AIST 新闻稿）。

这次，我们的目标是利用和开发普鲁士蓝作为吸附剂的特性，开发一种能够在许多竞争离子存在的情况下选择性回收低浓度钾离子的技术。我们寻找选择性吸附钾离子的材料，发现了一种以镍和铁为中心金属的普鲁士蓝型络合物，并使用涂有它们的电极，电化学吸附/解吸，我们尝试从模拟海水中回收钾离子。

这项研究和开发得到了战略创新创造计划 (SIP) 第 3 阶段“构建提供丰富食物的可持续食物链”（JPJ012287：研究促进公司：Iiken 支持中心）的支持。

我们使用各种普鲁士蓝配合物作为电极来寻找能够从钠离子过量的溶液中选择性回收钾离子的吸附剂。水电解电压如果在上述条件下发生吸附或解吸，会发生副反应，导致电能损失、材料不稳定等问题，不适合作为吸附剂。在探索的材料中，我们发现以镍和铁为中心金属的普鲁士蓝型络合物（NiHCF）是一种合适的吸附剂，可以在低于水电解电压的电压下选择性地回收钾离子。另外，这种吸附剂导电助剂是啊活页夹混合在一起以便电流流动金属集流体我们开发了一种电极，通过将其涂覆在顶部，可以用于电化学吸附和解吸（电极=金属集流体+（吸附剂+导电助剂+粘合剂））。

我们还考虑了电极。当从含有大量竞争离子且钾离子稀薄的海水中选择性回收钾离子时，当普鲁士蓝络合物涂敷到几十微米的厚度时，单位电极面积的吸附量较小，需要大面积的电极来提高吸附能力。另一方面，如果将普鲁士蓝型配合物涂敷至几毫米的厚度以增加每电极面积的吸附量，则电极内的液体扩散将不充分，并且随着钾离子吸附在电极表面上，电极内的液体中钾离子的比例将下降，从而无法充分利用吸附剂整体的固有选择性。为了解决吸附能力和选择性方面的这些问题，我们建议使用单位体积具有大比表面积的金属集流体。这次使用的金属集流体是网状金属，并且对孔径和孔隙率进行了优化，以便在使用吸附剂时可以在保持选择性的情况下使用。对该集电体进行表面处理并涂上吸附剂分散通过控制浓度，我们能够在集流体的表面涂覆一薄层吸附剂。

由于使用了这种集流体电极，我们能够获得比涂有几十微米厚的普鲁士蓝络合物的电极多10倍的单位面积吸附量，同时保持高钾离子选择性。此外，还使用两极涂有普鲁士蓝复合物的电极以及夹在电极之间的阴离子交换膜构建了电化学电池（图 2）。通过插入只允许氯离子等阴离子通过，而不允许钾离子等阳离子通过的交换膜，吸附和解吸可以同时进行，所需电量减少一半。

使用该电化学电池，对含有大量钠离子作为竞争离子但用钾离子稀释(钾离子/钠离子重量比0035)的模拟海水进行吸附/解吸，并将解吸液体在另一个电化学电池中再次吸附/解吸，从而进行多阶段的多次处理。结果，与模拟海水相比，我们成功消除了 99% 以上的钠离子，并将钾离子浓度提高了 10 倍以上（图 3）。此时的钾离子/钠离子重量比约为788，这意味着净化程度比模拟海水高约2000倍。

迄今为止，人们一直采用间接技术从海水中回收钾离子作为副产品，这限制了钾盐的生产。然而，通过使用该技术，我们已经证明了直接从海水中稳定回收钾资源的可能性。

未来，我们将继续开发技术，将回收的钾溶液浓缩至可用作液体肥料的浓度。此外，我们的目标是开发能够以低成本固化肥料的技术。同时，我们将简化处理流程，并研究使用实际海水，以实际应用为目标。

已出版的杂志：水资源研究
论文标题：六氰基铁酸镍泡沫电极的吸附选择性及影响因素：从拟海水中萃取98%钾馏分溶液
作者：Takeo Tomiyama、Masakuni Yamaguchi、Yuta Shudo、Tohru Kawamoto、Hisashi Tanaka
DOI：101016/jwatres2025123796

卤水

从海水中提取盐后剩下的液体。它是盐生产的副产品，含有浓缩的矿物质成分，如钾和镁离子。[返回来源]

竞争离子

当吸附剂吸附目标离子时，其他离子会竞争同一位置（吸附位点）。普鲁士蓝络合物内部钾离子的吸附位点有吸附钠离子的可能性，钠离子是一价阳离子，与钾离子同属碱金属，所以本文中的术语“竞争离子”是指钠离子等。[返回来源]

普鲁士蓝型复合物

普鲁士蓝是一种人造蓝色颜料，从18世纪开始使用，历史悠久，葛饰北斋和梵高都曾使用过。通过控制金属离子的种类和比例，可以合成具有相似化学结构的普鲁士蓝，这些被称为普鲁士蓝配合物。本文采用以镍和铁为中心金属的普鲁士蓝型配合物。[返回来源]

吸附

气体或液体中的分子和离子粘附在固体表面的现象。表现出吸附现象的材料称为吸附剂。在本文中，我们使用普鲁士蓝络合物作为吸附剂，利用电化学反应从液体中吸附钾或钠离子。[返回来源]

支队

吸附在固体表面的分子和离子分离并返回到气体或液体的现象。在本文中，利用电化学反应将普鲁士蓝络合物上吸附的钾或钠离子解吸到液体中。[返回来源]

电化学吸附/解吸

当电子从普鲁士蓝络合物中吸出（还原）或注入（氧化）时发生的离子吸附或解吸现象。通过改变普鲁士蓝络合物的电荷平衡，可以实现阳离子的吸附和解吸。在本文中，我们利用这种现象来吸附和解吸钾或钠离子。[返回来源]

水电解电压

水分解成氢气和氧气的电压。在本文中，通过在低于该电压的情况下引起电化学吸附和解吸，我们防止注入的电子用于水电解。[返回来源]

导电助剂

为提高难导电材料的导电性而添加的辅助材料。[返回来源]

活页夹

一种胶状材料，用于将粉末材料粘合在一起并保持电极的形状。[返回来源]

金属集流体

指用于为电子创建路径的金属。在本文中，它是电子从普鲁士蓝络合物移动的路径，用于有效地注入或撤回电子。此外，它还起到支持普鲁士蓝型配合物的作用。[返回来源]

分散

固体、液体、气体等微粒均匀分散在液体内的液体。[返回来源]

^*1 化肥周边情况 [PDF:53MB]来自（农林水产省，2025 年 5 月）
^*2 粮食、农业和农村基本计划 [PDF:54MB]来自（农林水产省，2025 年 4 月）