[发明专利]获得一氧化二氮的方法

说明书

现有技术

本发明涉及一种通过逐步还原来自含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质中的硝酸盐和/或亚硝酸盐而获得一氧化二氮的方法。

含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质例如是家庭废水，其在澄清装置中经过净化。为此在澄清装置中通常使用微生物，该微生物在逐步还原中首先将硝酸盐转变成亚硝酸盐。在另一反应中，该亚硝酸盐转变成一氧化氮。该一氧化氮再反应成一氧化二氮，并通过使用合适的还原酶再还原成氮。该过程通常也称为脱氮作用。

一氧化二氮也称为笑气，例如在火箭推进器中用作燃烧用的氧化剂或用作麻醉剂，其目前通常是通过氨的催化氧化或硝酸铵的热分解来制备。该制备通常是耗能的，并在技术上是昂贵的。

发明内容

在本发明的通过逐步还原来自含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质中的硝酸盐和/或亚硝酸盐而获得一氧化二氮的方法中，在形成一氧化二氮的步骤后中断或限制该还原反应。分离、捕集和/收集在还原反应中所形成的一氧化二氮。

本发明中的含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质是在处理中分解硝酸盐和/或亚硝酸盐的所有物质。其例如是废水或在农业中产生的液体或浆料如粪，或也可以是废物，特别是在获取沼气时产生的废物或物质。

本发明方法的优点是，一氧化二氮的制备与含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质的处理相结合。因为一氧化二氮作为处理含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质的中间产物而产生，所以用此方式可实现一种用于廉价获取一氧化二氮的有利方法，其中可完全或部分抑制由一氧化二氮还原成氮的还原步骤。

按本发明，硝酸盐和/或亚硝酸盐的逐步还原是由含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质生物分解硝酸盐和/或亚硝酸盐，其中硝酸盐首先还原成亚硝酸盐，该亚硝酸盐再还原成一氧化氮，该一氧化氮再还原成一氧化二氮。在当前使用的方法中，该一氧化二氮再还原成氮。由硝酸盐到氮的这种还原也称为脱氮作用。

为由含硝酸盐和/或亚硝酸盐的物质生物分解硝酸盐和/或亚硝酸盐，使用合适的微生物。该微生物通常也称为脱氮剂。异养的和自养的细菌、真菌、寄生虫或噬菌体均适合用作脱氮剂。通常在原核生物内的脱氮功能更普遍。适用的自养细菌例如是副球菌属脱氮菌或硫杆菌属脱氮菌。例如使用施氏假单胞菌作为异养细菌。

将硝酸盐和/或亚硝酸盐还原成一氧化二氮的各步骤通过合适的金属酶催化。将硝酸盐还原成亚硝酸盐所使用的金属酶是硝酸还原酶，将亚硝酸盐还原成一氧化氮所使用的金属酶是亚硝酸还原酶，将一氧化氮还原成一氧化二氮所使用的金属酶是一氧化氮还原酶，在用于净化废水的常规方法中，在一氧化二氮还原酶参与下进行一氧化二氮生成氮的反应。

对本发明方法，完全或部分抑制将一氧化二氮还原成氮。由此可获得大量的一氧化二氮。

通过获得一氧化二氮，可切实可行地利用含氮废水的化学能。目前在基于废水中所含的有机碳化合物获取沼气或氢时，废水的能量技术的利用是有限的。本发明的获得一氧化二氮的方法开辟了一条基于废水中所含的含氮组分而实现废水的能量技术利用的新途径。

为获得一氧化二氮，从液相中和/或气相中分离出该一氧化二氮是优选的。通过分离可获得基本上纯的一氧化二氮。该一氧化二氮的纯度与制备和分离方法有关。本文中将在通过逐步还原获取一氧化二氮时产生的所有的气态产物均称为气相或废气。如果该一氧化二氮在废水净化时在澄清装置中产生，则除一氧化二氮外例如还可能含气态的烃、一氧化碳、二氧化碳和周围空气的成分。废气中还可含来自废水净化的其它气态分解产物。此外，该气相中还可导入来自废水挣化的其它步骤的废气，例如硝化产生的废气。

在一个实施方案中，该一氧化二氮例如通过对一氧化二氮有选择性的气膜从废气中分离。这种对一氧化二氮有选择性的气膜是本专业人员所知的。另外，还可使用不透过一氧化二氮的气膜，该气膜可透过含一氧化二氮的气体的其它成分，以此方法将一氧化二氮浓集在保留物流中。

此外，例如也可使废气中的一氧化二氮例如通过增压或降温而液化。该经液化的一氧化二氮可呈冷凝液排出，并可被收集。

也可使用另一类本专业人员所知的气体净化方法来从废气中分离一氧化二氮。它些方法例如是汽提工艺、膜工艺、冷凝工艺、吸附工艺、蒸馏工艺或精馏工艺和/或其它用于分离和净化气体的已知方法。如通过合适的分子筛，通过将含一氧化二氮的气体导入和溶解在液态或固态介质中进行浓集或通过选择性吸附工艺来分离一氧化二氮均是适用的。例如硫酸铁溶液和在硫酸中经乳化的硫酸铁以及P₂O₅适合用作导过含一氧化二氮的气体的液态或固态介质。

为进一步净化，可接着进行精馏、蒸馏或萃取。