1.2.1. Giới thiệu về MAP
MAP (Magnesium Ammonium Phosphate hexahydrated) hay còn gọi là
Struvite, có cơng thức hóa học MgNH4PO4.6H2O, là tinh thể vô cơ màu trắng, dễ kết tủa trong môi trƣờng pH > 7 [28].
MAP là tinh thể hệ trực thoi, màu trắng, tỷ lệ mol của nó có magie, amoni, photphat với nồng độ bằng nhau [50], trong đó các nhóm PO43− tứ diện,
Mg(6H2O)2+ bát diện và NH4+ liên kết với nhau bằng các liên kết hidro [30].
MAP không tan trong môi trƣờng amoniac nhƣng tan trong môi trƣờng axit nên phản ứng tạo MAP đƣợc thực hiện trong mơi trƣờng bazơ.
MAP đƣợc tìm thấy trong bàng quang và thận (sỏi thận) của ngƣời, trong phân của chim, gà, vịt, trong cộm của cua, cá hồi, cao răng,… Thành phần chính của các hệ cao là MAP, ngồi ra cịn có các dạng khác là: NH4MgPO4. H2O (amoni
magie photphat hidrat), (NH4)2Mg(HPO4)2. 4H2O, và NaNH4HPO4. 4H2O [15].
MAP đƣợc hình thành phụ thuộc vào 2 yếu tố chính: Tỷ lệ Mg:N:P và giá trị pH của môi trƣờng.
MAP là một loại khoáng mềm với độ cứng Mohs từ 1,5 – 2,0. Phản ứng xảy ra theo phƣơng trình tổng quát sau:
Mg2++ NH4++ HnPO4n−3+ 6H2O → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + (n − 1)H+ (1.20) pKs = 12.6 (250C)
Các phản ứng có thể xảy ra với các hợp chất ban đầu khác nhau sau [30, 50]: MgCl2. 6H2O + NH4+ + 2NaOH + H3PO4 → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + 2NaCl + H+ + 2H2O (1.21) MgCl2. 6H2O + NH4+ + Na2HPO4. 7H2O → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + 2NaCl + H+ + 7H2O (1.22) MgCl2. 6H2O + NH4+ + KH2PO4 → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + K+ + 2Cl− + 2H+ (1.23)
2MgSO4. 7H2O + 2NH4+ + Ca(H2PO4)2. H2O → 2MgNH4PO4. 6H2O ↓ + CaSO4 ↓ + 4H+ + SO42− + 3H2O (1.24)
MgSO4. 7H2O + NH4+ + Na2HPO4. 7H2O → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + 2Na+ + SO42− +
H+ + 8H2O (1.25)
MgSO4. 7H2O + NH4+ + Na3PO4. 12H2O → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + 3Na+ + SO42− +
13H2O (1.26)
MgO + NH4+ + 85%H3PO4 + 5H2O → MgNH4PO4. 6H2O ↓ + H+ (1.27)
Mg2+(𝑛ướ𝑐 ó𝑡) + NH4+ + PO43− + 6H2O → MgNH4PO4. 6H2O ↓ (1.28)
Phản ứng (1.27) khá thú vị, vì sau phản ứng sản phẩm thu đƣợc chỉ là MAP và H2O mà không làm phát thải thêm các chất vào môi trƣờng nƣớc.
Phản ứng (1.28) có ý nghĩa rất lớn trong xử lý nƣớc thải giàu amoni và photphat. Bởi vì, ngồi khả năng tận thu đƣợc đồng thời amoni và phosphat có trong nƣớc thải, nó cịn có khả năng tận thu đƣợc nguồn magie có trong nƣớc ót. Nhƣ vậy, khơng những chúng ta đã kết hợp các nguồn nƣớc thải để xử lý chính các nguồn nƣớc thải đó, mà cịn thu đƣợc sản phẩm MAP với rất nhiều ứng dụng có giá trị thực tiễn cao.
Khó khăn lớn nhất khi thực hiện phản ứng này là khâu vận chuyển nƣớc ót từ các làng nghề làm muối ven biển đến các khu xử lý nƣớc thải. Nếu có thể chuyển nƣớc ót thành các dạng rắn nhƣ: MgO, MgCl2, MgHPO4, thì rất thuận lợi cho việc
vận chuyển, thế nhƣng điều này lại làm phát sinh vấn đề là phải xử lý nƣớc ót tại nguồn. Tóm lại, tùy theo từng trƣờng hợp cụ thể mà chúng ta có thể lựa chọn cách thực hiện sao cho có hiệu quả nhất. Ví dụ nhƣ khi nguồn nƣớc thải cần xử lý amoni
và photphat gần với nguồn nƣớc ót, thì chúng ta có thể vận chuyển trực tiếp nƣớc ót đến khu vực xử lý mà khơng cần thơng qua khâu tiền xử lý nƣớc ót ngay tại nguồn.
Bảng 1.1. Thành phần của các nguyên tố trong MAP
Ký hiệu Nguyên tố Khối lƣợng nguyên tử Nguyên tử Khối lƣợng (%)
Mg Magie 24,3 1 9,91
N Nitơ 14 1 5,71
P Photpho 31 1 12,64
H Hidro 1 16 6,52
O Oxi 16 10 65,22
Bảng 1.2. Thành phần của magie, amoni, photphat trong MAP
Ký hiệu Nguyên tố Khối lƣợng
nguyên tử Ion, phân tử Khối lƣợng (%)
Mg2+ Magie 24,3 1 9,91
NH4+ Amoni 18 1 7,34
PO43− Photphat 95 1 38,73
H2O Nƣớc 18 6 44,03
Hình 1.1. Thành phần khối lượng của các nguyên tố trong MAP (%)
Hình 1.2. Thành phần của magie, amoni, photphat trong MAP (%)
Qua thành phần về khối lƣợng của Mg, N, P, H, O và Mg2+, NH4+, PO43−
trong MAP cho thấy lƣợng đạm chỉ chiếm một tỷ lệ nhỏ 5,71% N hoặc 7,34% NH4+.
Mg N P H O Magie Amoni Photphat Nước
Do đó, khi áp dụng MAP làm phân bón thì cần bổ xung thêm đạm và kali để thu đƣợc loại phân đầy đủ dinh dƣỡng cho cây trồng.
1.2.2. Tính chất của MAP