2021年蜂窩活性炭廠家使用鐵氰化銅(CuHCF)電極從含甲醇的工業(yè)廢水中分離和回收銨

　　2021年蜂窩活性炭生產(chǎn)廠家使用鐵氰化銅(CuHCF)電極從含甲醇的工業(yè)廢水中分離和回收銨。由于普魯士藍(lán)晶體結(jié)構(gòu)，鐵氰化銅(CuHCF)能可逆地插入水性電解質(zhì)中的堿金屬陽離子。本研究利用此特性在電化學(xué)電池內(nèi)制備碳基插層電極，可以通過插入/再生從廢水中回收NH4+，同時保留有機物。

　　在第一階段中，以創(chuàng)建穩(wěn)定的電極基質(zhì)對不同的粘合劑進(jìn)行了評估，其中羧甲基纖維素鈉的性能最佳。

　　隨后，基于伏安法，我們確定了用于去除NH4+的插層電勢為+0.3 V，電極的再生電勢為+1.1 V(vs. Ag / AgCl)。使用CuHCF電極，以0.34±0.01 Wh g-1 NH4+的能量輸入去除了包含56 mM NH4+和68 mM甲醇的合成廢水中的95%NH4+。

　　在實際的工業(yè)廢水中獲得了93%的去除率，能量輸入為0.40±0.01 Wh g-1 NH4+。通過開路電勢監(jiān)測(61 h)或循環(huán)伏安法(50 h，116個循環(huán))評估CuHCF電極的穩(wěn)定性。在合成和實際廢水中，經(jīng)過125個循環(huán)后，CuHCF電極的電荷密度分別下降了17%和19%。

　　亮點

　　含有有機物的實際廢水中的NH4+插入CuHCF電極中。

　　在+ 0.3 V時達(dá)到92.9±0.1%的NH4+去除率(vs. Ag / AgCl)。

　　在+ 1.1 V下實現(xiàn)了88.9±0.4%的NH4+再生(vs. Ag / AgCl)。

　　背景介紹

　　現(xiàn)有回收氨氮(NH4+-N)的技術(shù)需要高昂的能源和運營成本。因此，需要一種有效且經(jīng)濟(jì)的方法以從廢水中去除和回收銨。本研究使用包含鐵氰化銅(CuHCF)插層電極的新型電化學(xué)電池(EC)從含甲醇的廢水中去除和回收銨。

　　本研究的目的是評估在一定電勢下從特定含甲醇的工業(yè)廢水中插入/再生NH4+時CuHCF電極的性能和穩(wěn)定性。我們最初評估了兩種粘合劑對組裝CuHCF電極的適用性，并研究了電勢對合成廢水中NH4+去除效率的影響以建立電勢窗口。

　　在確定最佳結(jié)合劑和電勢后，對合成和實際工業(yè)廢水進(jìn)行了NH4+去除測試。通過不同的電流密度和功能性涂層材料隨時間的溶解來檢查電極的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。

　　圖文導(dǎo)讀

　　對三種使用不同粘合劑的電極漿料進(jìn)行CV分析，在浸入試驗之前，得到的中點電勢相似，表明粘合劑類型對氧化或還原反應(yīng)無影響。但是與其他兩種漿液相比，漿液C的氧化還原峰值電流密度相對高得多，這表明CMC粘結(jié)劑的性能比PEDOT:PSS更穩(wěn)定。因此，選擇了CMC粘合劑(漿料C)進(jìn)行進(jìn)一步的實驗。

　　使用合成廢水和實際廢水進(jìn)行的測試都顯示出相似的循環(huán)趨勢，表明實際廢水中的NH4+去除與合成廢水相似，實際廢水中的物質(zhì)不會顯著影響電極的性能。

　　在3電極系統(tǒng)中，在62小時內(nèi)用1 mmol L-1的NH4NO3進(jìn)行CV分析，進(jìn)一步評估了CuHCF電極的穩(wěn)定性。進(jìn)行了一系列包含重復(fù)插入和再生循環(huán)的CV。在此期間，陽極和陰極電勢峰分別在48 h處微移至更大的正電勢和負(fù)電勢，然后保持至51 h，此時導(dǎo)電材料從電極上剝離。最后，在62 h后的CV分別顯示出陽極和陰極電流峰值分別為0.63V和0.93V(vs. Ag/AgCl)。

　　總結(jié)與展望

　　盡管到目前為止的結(jié)果證明了這種CuHCF電極用于氨回收的可行性，但仍需要進(jìn)一步的研究來提高電極的穩(wěn)定性。具有長期穩(wěn)定性的電極將進(jìn)一步研究插入和再生潛力，以提高穩(wěn)定性，而不一定旨在最大化插入/再生能力。另外，仍然需要確定一種最佳的粘合劑，以適應(yīng)循環(huán)測試期間CuHCF的體積變化。

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