В США научились эффективно преобразовывать нитратные загрязнители в аммиак
Новый энергоэффективный подход к комплексному улавливанию и преобразованию загрязненных нитратами вод в ценный аммиак разработали ученые под руководством специалистов из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне, 16 февраля сообщает пресс-служба университета.
Устройство, разработанное под руководством профессора химической и биомолекулярной инженерии Сяо Су поможет решить проблему очистки сельскохозяйственных нитратных стоков — источников канцерогенов и причины удушающего цветения водорослей в водоемах.
Оно способно восьмикратно увеличивать концентрацию нитрата в резервуаре со сточными водами, одновременно увеличивая скорость производства аммония в 24 раза и более чем десятикратно повышая его энергоэффективность по сравнению с предыдущими методами электрокатализа нитрата в аммиак.
«Объединив разделение с реакцией, мы преодолели ранее существовавшие ограничения получения аммиака непосредственно из сточных вод, где концентрации нитратов очень низки, и, таким образом, сделали этап конверсии ненужным», — подчеркнул Сяо Су.
Результаты исследования нового метода представлены в статье «Сочетание улавливания нитратов с производством аммиака с помощью бифункциональных окислительно-восстановительных электродов», опубликованной в журнале Nature Communications.
«Цель этого исследования состояла в том, чтобы использовать как можно меньше энергии для удаления нитратов из сельскохозяйственных стоков до того, как они попадут в наши водные пути, и превратить их обратно в удобрение или продать в качестве химического сырья», — рассказал Су.
Ученый считает, что предложенная их командой технология окажет влияние на переработку отходов, способствуя устойчивому химическому производству и ускоренному обезуглероживанию. «Мы надеемся привнести большую цикличность в азотный цикл», — заявил ученый.
Командой был разработан уникальный бифункциональный электрод, который в одном устройстве отделяет и концентрирует нитрат из потока воды и одновременно превращает его в аммиак, используя чисто электрохимический процесс.
«Бифункциональный электрод сочетает в себе окислительно-восстановительный полимерный адсорбент, улавливающий нитрат, с катализаторами на основе кобальта, стимулирующими электрокаталитическое превращение в аммоний», — пояснил Су.
В результате система не требует отдельных электрохимических элементов для водоподготовки и производства аммиака, а также добавления дополнительных химикатов или растворителей, что делает ее энергоэффективной и экологичной одновременно.
Разработанная система была протестирована в лаборатории на реальных сельскохозяйственных стоках, чтобы оценить потенциал технологии.
«Мы предлагаем модуль, который устанавливается непосредственно на сельскохозяйственных угодьях и работает с использованием энергии, вырабатываемой небольшой солнечной панелью, а также образующейся в результате электрокаталитического процесса», — отметил разработчик энергоэффективность нового устройства.
Следующей целью для команды станет разработка еще более селективных материалов, используемых в этом устройстве, для достижения более высокого улавливания нитратов и ускорения превращения их в аммиак. Одновременно они начнут проектирование крупномасштабных систем для практического применения в полевых условиях.
