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Hydrolyse von Harnstoff
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Hydrolyse von Harnstoff

Geräte:
u.a. Behälter, Schläuche, Gaswascher (Katalysator: Wasser)

Chemikalien:
Harnstoff (CH4N2O)

Hinweis:
ich bin kein Chemiker, habe mit der Materie nichts am Hut, möchte jedoch Urin verwerten

Durchführung:
Ich bekomme als Produkte der Harnstoffhydrolyse u.a. Ammoniak (NH3), Ammonium-Ionen (NH4+), Kohlenstoffdioxyd (CO2) oder Carbonat-Ionen (CO32-):

NH2-CO-NH2 + H2O => 2NH3 + CO2 (bei pH-Wert > 10)
oder:
NH2-CO-NH2 + 2 H2O => 2NH4+ + CO32- (bei pH-Wert <= 8 )

Dieses Ammoniak kann ich nun
1. mittels Gaswascher in Wasser lösen zu: NH4OH, also NH3 + H2O => NH4OH ( => NH4+ + OH- )
bzw. kann ich die Ammoniumionen (NH4+) mittels Oxidation zu Wasser und Stickstoff verbrennen.
2. mittels (Luft)Sauerstoff zu Stickstoff und Wasser verbrennen (4 NH3 + 3 O2 => 2 N2 + 6 H2O)

Entsorgung:
Frage 1:
Durch welche Massnahme kann ich die folgende Reaktion beschleunigen?
NH4OH => NH4+ + OH-, um danach mittels (Luft)Sauerstoff den Stickstoff freizusetzen.(Verbrennung/Oxidation)
Frage 2:
welche Apparatur benötige ich, um Ammoniak mit (Luft)Sauerstoff zu Stickstoff und Wasser zu verbrennen ?
4 NH3 + 3 O2 => 2 N2 + 6 H2O

Frage 3:
wie kann ich die Reaktion verhindern ? ( NH2-CO-NH2 + 2 H2O => 2NH4+ + CO3- )
bzw.
Frage 4:
Wie kann ich die Carbonat-Ionen (CO32-) 'weiterverarbeiten' ?

Erklärung:
Die Hydrolyse von Harnstoff kann man nicht verhindern (mein Wissensstand), da sich unweigerlich Bakterien oder Mikroorganismen bilden werden (auch unter Luftdichtigkeit des Urinbehälters), welche diese Hydrolyse einleiten.
Mit den Nebenprodukten CO2 und CO32- kann ich momentan nichts anfangen bzw. stellen für mich ein Problem dar (Kohlenstoffdioxyd-Emission; CO32- -Verarbeitung)
Ich hoffe, dass ich mich richtig ausgedrückt bzw. mein Problem richtig erläutert habe.


Bilder:
keine, da in Planungsphase für Apparaturaufbau

MfG
Rotech

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Pok
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Das klingt eher nach "entsorgen" als nach "verwerten", wenn als Produkte nur Stickstoff und Wasser anfallen sollen.

Zu Frage 1:
Das ist ein Gleichgewicht, das man erstens kaum beeinflussen kann und außerdem bringt das auch gar nichts. Du meinst wohl eher
NH4OH => NH3 + H2O
Das NH3 kann man verbrennen, wenn es ausreichend rein ist. Und dieses GG kann man nach rechts verschieben, indem man den Druck vermindert oder die Temperatur erhöht. Dann gast das NH3 aus.

zu Frage 2:
Ammoniak lässt sich nicht so leicht zu reinem Stickstoff und Wasser verbrennen. Da bilden sich auch Stickoxide als Nebenprodukte und die 20 % Luftsauerstoff sind zu wenig für eine kontinuierliche Verbrennung (Flamme geht gleich wieder aus). Man müsste also den reinen Ammoniak mit reinem Sauerstoff zusammenführen und dann verbrennen. Stickoxide entstehen trotzdem noch. Oder man benutzt Katalysatoren.

3. Na den pH-Wert > 10 machen. Dann entsteht nur Ammoniak und CO2.

4. Wenn du den Stickstoff als Ammoniak entfernst und verbrennst, entsteht zwangsläufig aus dem Carbonat CO2. Das entweicht einfach in die Atmosphäre. Bei den geringen Harnstoffmengen im Urin wäre das selbst im industriellen Maßstab kein wirkliches Umweltproblem. CO2 ist nun mal ein Abfallprodukt in der Industrie. Wenn man das noch irgendwie nutzen könnte, würde man das auch machen. Ohne viel Geld und noch mehr Energie reinzustecken, kann man damit nichts anfangen.

Solche Probleme sollte man nicht versuchen, mit reiner Chemie zu lösen. Es gibt genug Bakterien, die die ganzen Prozesse viel einfacher und billiger durchführen können. Und selbst rein chemisch ginge es einfacher als auf diesem Weg. Der angedachte Weg ist eher für Demonstrationsexperimente geeignet, aber nicht um etwas zu entsorgen. Beim Entsorgen von Abwässern fällt man z.B. die Stoffe einfach aus, z.B. mit Magnesium- und Phosphat-Ionen als Ammoniummagnesiumphosphat. Das wäre echte Verwertung, weil das ein Dünger ist. Außerdem gibts eigentlich keinen Grund, gerade Harnstoff entfernen zu wollen. Der ist weder wertvoll noch übermäßig umweltbelastend. Davon gelangt viel mehr von Feldern durch Düngung ins (Grund)wasser als durch Urin.
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Gehe ich richtig in der Annahme das es um Energiegewinnung geht?

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hallo zusammen,
danke für die Antworten ...

@wirehead:
NEIN, es geht nicht um Energiegewinnung

@Poki:
1. nein, ich meinte es so, wie ich es geschrieben hatte
2. was hat Oxidation (Verbrennung) HIER mit einer Flamme zu tun? Eine Oxidation bezeichnet man doch generell als Verbrennung, oder? In diesem Fall läuft diese Oxidation/Verbrennung unter Wasser ab !
3. ich will das Ammoniak, da giftig, in ungiftigere Stoffe zersetzen lassen
4. in der Schweiz ist man gerade daran, aus Wasser(stoff) und Kohlenstoffdioxid Methan zu erzeugen (diese Elektrolyse ist mom. noch sehr teuer - will man wirtschaftlich rentabel machen - nur zur Info)
5. wenn der Eindruck entstanden ist, dass ich dies mit reiner Chemie machen will, dann habe ich mich wohl falsch ausgedrückt - sorry.

um was geht es mir in der Hauptsache :
Urin => Nitrifikation (Bakterien) => Wasserpflanzen, Erikakraut, Glockenblumen, gemeiner Queller => Denitrifikation (Bakterien) => Algen, Wasserlinse, Tomaten => Restflüssigkeit als Gießwasser für Garten/Beet, etc.
das heißt, dass ich den Urin nicht 1:10 mit Wasser verdünnen möchte, um diesen als z.B. Flüssigdünger verwenden zu können, sondern, dass ich durch verschiedenen Maßnahmen den Urin soweit 'verwertet' habe, so dass ich ihn direkt als Gießwasser verwenden kann und somit nichts in den Abwasserkanälen entsorgen muss (die Kacke wird auf dem Kompost verwertet !).
Die 'üblen' Stoffe, welche z. T. als Nebenprodukte entstehen, wollte ich gerne auffangen und ebenfalls bestmöglich verwerten, anstatt sie in die Umgebungsluft entweichen zu lassen ...

Ich hoffe, dass ich mich klarer ausgedrückt habe ...

Zur Apparatur hatte ich folgendes gedacht:
1.
in den 1. Behälter kommt der Originalurin direkt aus der Toilette. Dieser Behälter wird mit Bakterien angeimpft und stets mit (Luft)Sauerstoff durchströmt (erste Nitrifikationsstufe). Die komplette Menge an entweichenden Gasen wird durch eine mit Wasser befüllte Flasche geleitet (Gaswaschung) und zusammen mit (Luft)Sauerstoff wieder ins den ersten Behälter eingeblasen. Die Flüssigkeit (u.a. Ammoniakwasser) in der Flasche wird in den dritten Behälter gefüllt.
2.
ist der erste Behälter voll (ca. 15 Liter), wird dieser Inhalt bis auf einen geringen Teil (wegen der Bakterien - keine erneute Animpfung) in den zweiten Behälter (15 Liter) geleitet, welcher an einer Pumpe sitzt, die nun diese Flüssigkeit durch ein Leitungssystem pumpt, in dem die niederen Wasserpflanzen und Co. sitzen (AquaPonic sei hier als Stichwort genannt) und die Nitrite, Nitrate bestmöglich aus der Flüssigkeit ziehen. Das Ende des Leitungssystems soll die Flüssigkeit wieder in den zweiten Behälter zurückführen (2. Nitrifikationsstufe)
3.
ist der erste Behälter wieder voll, fließt die Flüssigkeit des zweiten Behälters in einen dritten Behälter, der ebenfalls mit Bakterien (anaerob) angeimpft wird. Dieser Behälter bleibt unter Verschluß, so dass ein anaerober Vorgang, die Denitrifikation, eingeleitet wird. (Denitrifikationsstufe)
4.
ist der erste Behälter wieder voll, fließt die Flüssigkeit des 3. Behälters in den vierten, welcher über ein Leitungssystem (ähnlich wie bei Behälter zwei) u.a. Tomaten mit Stickstoff versorgen soll; außerdem sollen Algen und der gemeine Queller Chlorid, Stickstoff und Phosphate aus der Flüssigkeit 'ziehen' ...
5.
ist der erste Behälter wieder voll, wird der Inhalt des 4. Behälters ohne Zugabe von Wasser, etc. im Garten ausgebracht (als Gießwasser) ...

So, dies sind meine Gedanken/Plan.

Mit der Bitte um konstruktive Hilfe/Ideen/Vorschläge, etc.

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Pok
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Ne, eine Oxidation bezeichnet man nicht generell als Verbrennung. Aber ok, jetzt ist es ja klar was du meinst.

Du scheinst dich damit schon sehr ausführlich beschäftigt zu haben. Das ist alles sehr detailliert und kompliziert. Informiere dich doch besser bei solchen Leuten / Organisationen, die mit diesem speziellen Thema schon Erfahrung haben. Die sind da echt bessere Ratgeber.

Ich finde das ganze übermäßig umständlich. Ich würde das einfach in die Natur schütten so wie die "festen Abfälle" (mischen und auf den Kompost). Die Zersetzung des Harnstoffs passiert ganz von alleine im Boden und die Produkte können von den Pflanzen aufgenommen werden. Oder man machts wie früher in den Salpetergärten (Komposthaufen, Urin, Kalk). Das Produkt ist dann auch reiner Dünger.
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Hydrolyse von Harnstoff
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