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(yáng)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(shí)保留有機(jī)物。

　　在第一階段中，以創(chuàng)建穩(wěn)定的電極基質(zhì)對(duì)不同的粘合劑進(jìn)行了評(píng)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(shì)為+0.3 V，電極的再生電勢(shì)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(shí)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(shì)監(jiān)測(cè)(61 h)或循環(huán)伏安法(50 h，116個(gè)循環(huán))評(píng)估CuHCF電極的穩(wěn)定性。在合成和實(shí)際廢水中，經(jīng)過125個(gè)循環(huán)后，CuHCF電極的電荷密度分別下降了17%和19%。

　　亮點(diǎn)

　　含有有機(jī)物的實(shí)際廢水中的NH4+插入CuHCF電極中。

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

　　在+ 1.1 V下實(shí)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(yùn)營(yíng)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(píng)估在一定電勢(shì)下從特定含甲醇的工業(yè)廢水中插入/再生NH4+時(shí)CuHCF電極的性能和穩(wěn)定性。我們最初評(píng)估了兩種粘合劑對(duì)組裝CuHCF電極的適用性，并研究了電勢(shì)對(duì)合成廢水中NH4+去除效率的影響以建立電勢(shì)窗口。

　　在確定最佳結(jié)合劑和電勢(shì)后，對(duì)合成和實(shí)際工業(yè)廢水進(jìn)行了NH4+去除測(cè)試。通過不同的電流密度和功能性涂層材料隨時(shí)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(duì)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(yàn)之前，得到的中點(diǎn)電勢(shì)相似，表明粘合劑類型對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)。

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

　　在3電極系統(tǒng)中，在62小時(shí)內(nèi)用1 mmol L-1的NH4NO3進(jìn)行CV分析，進(jìn)一步評(píng)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(yáng)極和陰極電勢(shì)峰分別在48 h處微移至更大的正電勢(shì)和負(fù)電勢(shì)，然后保持至51 h，此時(shí)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(yáng)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(zhǎng)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(cè)試期間CuHCF的體積變化。

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