通过调节质子转移来增强低浓度硝酸盐中的电化学反硝化作用及资源回收

《Environmental Science & Technology》：Boosting Electrochemical Denitrification and Resource Recovery in Low-Concentration Nitrate via Proton Transfer Adjustment

　　高效低浓度硝酸盐电还原回收氨的机理与系统构建

　　

在低浓度硝酸盐（NO₃^–）环境中，将硝酸盐（eNO₃RR）电还原为氨（NH₃）对于实际废水净化和氮资源回收具有重要意义。然而，竞争性的氢气释放反应（HER）不可避免地限制了硝酸盐的氢化过程，并加剧了低NO₃^–含量介质中的能量消耗。本研究引入了一种疏水电极界面，以抑制活性氢（H*）的生成，促进H₂O向NO₃^–的直接质子转移，从而降低HER的选择性并提高NH₃的转化率。结果表明，经过碘改性的Mxene（TCTI）电极在各种低浓度硝酸盐环境中（NO₃^–-N浓度为10–80 mg L^–1）表现出较高的NH₃选择性（约90%）和较低的能量消耗。TCTI电极中的H₂O介导的质子耦合电子转移（PCET）通过原位表征和理论计算得到了验证。此外，还设计了一种结合TCTI的交叉流电滤系统（CFE），能够同时去除NO₃^–并回收NH₃，最终实现了高纯度的NH₄Cl回收，并且运行成本具有经济可行性。我们的研究为含低浓度硝酸盐废水的高效电化学脱氮和资源回收提供了新的见解。