Мочевина, также известная как urea, является органическим химическим соединением с формулой CO(NH2)2, которое играет ключевую роль во многих отраслях промышленности и медицины. Производное из орнитинового цикла, где является продуктом превращения аммиака, является важным метаболитом в живых организмах. Поэтому неудивительно, что в настоящее время она имеет широкое применение и значение во многих секторах промышленности, а также в косметических продуктах.

Что такое мочевина и какими она обладает свойствами?
Мочевина (или карбамид) это негорючее, кристаллическое вещество, обычно белое или бесцветное, с легким аммиачным запахом и солоноватым вкусом. Это гигроскопичное вещество, что означает, что легко поглощает влагу из окружающей среды, а также очень хорошо растворяется в воде. При длительном хранении в водных растворах мочевина может разлагаться, выделяя аммиак и углекислый газ.
Техническая мочевина находит применение во многих отраслях. Используется как компонент удобрений и добавка к кормам для животных. Также служит сырьем для производства пластмасс, огнестойких пропиток и клеев.
В экспериментах на животных мочевина показала низкую токсичность как острую, так и хроническую, а также отсутствие канцерогенного эффекта или негативного влияния на репродуктивные способности. В Европейском союзе нет согласованной классификации токсичности мочевины. Это вещество характеризуется очень низким давлением пара, что означает, что воздействие на него происходит в основном через ингаляцию пыли. Для защиты работников от потенциальных рисков, связанных с наличием пыли мочевины в воздухе, предлагается установить предельно допустимую концентрацию (ПДК) на уровне 10 мг/м3. Такое значение соответствует стандартам для других пылей, которые не классифицируются как токсичные, но могут представлять опасность из-за ограничения видимости.
Кроме того:
- Мочевина — это гигроскопическое твердое вещество, которое хорошо растворяется в воде, метаноле, этаноле, глицерине, диметилсульфоксиде (ДМСО), уксусной кислоте и концентрированной соляной кислоте.
- В водных растворах она медленно гидролизуется, в результате чего образуются аммиак и углекислый газ. Процесс гидролиза может быть ускорен нагреванием или добавлением кислот или оснований.
- Мочевина характеризуется очень низкой растворимостью в бензоле и хлороформе, а также слабо растворяется в этиловом эфире.
- Мочевина может вступать в реакции с некоторыми веществами, образуя продукты с сильными взрывными свойствами (например, в случае реакции с хлоратами(I) натрия или кальция).
Процесс производства мочевины — от сырья до конечного продукта
#1. Синтез аммиака
Производство мочевины начинается с синтеза аммиака, в основном методом Хабера-Боша. Этот процесс основан на реакции азота (N2) с водородом (H2), источником которых в основном является природный газ. Высокое давление, температура (около 450°C и 200 атм) и наличие железосодержащего катализатора позволяют провести эту экзотермическую реакцию.
#2. Синтез мочевины
Следующим этапом является реакция аммиака с углекислым газом (CO2) с целью получения мочевины. Этот процесс происходит в два основных этапа. Первый — это реакция образования карбамида аммония, второй — разложение карбамида аммония. Карбамид аммония затем превращается в мочевину и воду под высоким давлением (150-250 атм) и температурой (180-190°C).
#3. Конденсация и кристаллизация
Полученный раствор мочевины затем концентрируется путем испарения воды в вакуумном испарителе. Этот процесс приводит к получению мочевины в виде концентрированного раствора.
#4. Формирование гранул
Концентрированный раствор мочевины охлаждается, а затем гранулируется в специальных барабанных или дисковых грануляторах, где под воздействием движения и дополнительного охлаждения мочевина кристаллизуется, образуя гранулы.
Гранулы мочевины затем сушатся в барабанных сушилках для удаления избытка влаги и затем охлаждаются в холодильных установках. Этот процесс обеспечивает стабильность гранул и оптимизирует их физические свойства.
#5. Упаковка и хранение
В конечном итоге, готовая мочевина упаковывается в мешки или транспортируется непосредственно в хранилища, откуда распределяется конечным потребителям.
Значение мочевины в промышленности
В технологии каталитического восстановления (SCR) мочевина помогает снизить выбросы оксидов азота из стационарных и мобильных источников. В фармацевтической, косметической и бытовой химии мочевина ценится как компонент многих препаратов. Также она используется для борьбы с обледенением на дорогах, железнодорожных путях и взлетно-посадочных полосах, а в пищевой промышленности добавляется в хлебобулочные изделия, алкогольные напитки и желатиновые продукты.
Мочевина в сельском хозяйстве
Благодаря высокому содержанию азота (около 46%), мочевина используется в программах удобрения, способствуя интенсивному росту растений. В настоящее время она используется в виде гранул или растворов, где быстро гидролизуется до аммиака и углекислого газа, высвобождая азот, доступный для растений. Однако важно — из-за высокой летучести аммиака необходимо быстро вносить мочевину в почву после применения, чтобы минимизировать потери азота.
Узнайте больше: https://www.products.pcc.eu/ru/blog/что-собой-представляют-органические/
Мочевина в косметике
Мочевина является одним из самых эффективных увлажняющих ингредиентов, используемых в косметической промышленности. Входит в состав естественного увлажняющего фактора (NMF), находящегося в кератиноцитах, который имеет решающее значение для поддержания соответствующего уровня увлажненности рогового слоя эпидермиса (так называемый. гумектант). Эффективность мочевины в косметике зависит от ее концентрации: в низких дозах она действует в основном увлажняюще, в то время как в более высоких концентрациях обладает кератолитическими свойствами. Интересно, что находят применение также ее производные, например, аллантоин, которые способствуют регенерации эпидермиса.[2]
Узнать подробнее: https://www.products.pcc.eu/ru/blog/состав-косметических-средств/ и на https://www.products.pcc.eu/ru/inci-2/
Мочевина в фармацевтической промышленности
В фармацевтике мочевина используется как осмотическое средство в диуретиках, а также как компонент кремов и мазей для лечения дерматологических заболеваний, например, псориаза, экземы. Узнать подробнее на: https://www.products.pcc.eu/ru/k/фармацевтическая-отрасль/
Мочевина в текстильной промышленности
Интересно, что мочевина также используется в качестве добавки к красителям. Благодаря своим химическим свойствам, она улучшает растворимость и стабильность красителей, что имеет решающее значение при производстве высокоинтенсивных цветов. Мочевина также используется в производстве некоторых видов искусственных тканей, а также в качестве смягчающего компонента.
Мочевина в химической промышленности
Мочевина играет роль сырья в производстве многих химических продуктов, в том числе в производстве мочевиноформальдегидных смол,
которые широко используются в качестве клеев в деревообрабатывающей и мебельной промышленности.
Смолы характеризуются исключительной прочностью и устойчивостью к влаге, что используется в производстве фанеры и ДСП.
Влияние мочевины на окружающую среду — вызовы и решения
Задача № 1: Эвтрофикация поверхностных вод
Избыточное использование мочевины в сельском хозяйстве может привести к смыву избытка азота в реки
и озера. Это, в свою очередь, может привести к эвтрофикации, то есть к чрезмерному росту водорослей и других водных растений, что нарушает баланс экосистем и снижает уровень кислорода в воде.
В условиях этой проблемы ключевым является внедрение практик управления удобрениями, то есть использование технологии GPS для контроля оптимальных доз.
Задача № 2: Выбросы парниковых газов
Гидролиз мочевины в почве приводит к образованию аммиака, который может превращаться в оксиды азота (NOx) — мощные парниковые газы. Выбросы NOx способствуют глобальному потеплению и проблемам с качеством воздуха, поэтому необходимо внедрять технологии по сокращению выбросов аммиака и NOx в сельском хозяйстве. Речь идет, например, об оптимизации pH почвы и использовании ингибиторов уреазы, которые замедляют распад мочевины.
- SKOWROŃ, J. Mocznik–frakcja wdychalna.
- Kapuścińska, A., & Nowak, I. (2014). Wykorzystanie mocznika i jego pochodnych w przemyśle kosmetycznym. Chemik, 68(2), 91-96.