Использование сточных вод в качестве источника экологически чистой энергии с использованием расщепления щелочной воды.

Бизнес, Биосфера, геология, природа, Геоэкология, Геоэкономика, Интервью, Книги, монографии, Книги, монографии, публикации, фото, видео, аудио, записи, Международное сотрудничество, Международные отношения, Наука, Научно-практическое направление, Обозрение, Проекты, Промышленное производство, Промышленные технологии, Тематическая лента новостей, Технологии, Финансы, Энергетика

Крайне важно перейти от источников энергии на основе ископаемого топлива к экологически чистым альтернативам для достижения целей устойчивого развития. Зеленый водород стал жизнеспособным вариантом для достижения этой цели. Необходимость чрезвычайной чистоты, ограниченные запасы воды и более дорогие процедуры являются основными препятствиями для водородной экономики. В этой работе исследовалось использование электрокатализатора на основе переходных металлов HfCoS/rGO для производства зеленого водорода из сточных вод. Предложенный электрокатализатор показал хорошую производительность при производстве водорода и кислорода. Обладая превосходной долговечностью, для достижения плотности тока 10 мА/см2 требуется всего 1,6, 1,64 и 1,73 В для деионизированной воды (DI), третичных стоков (TE) и неочищенных сточных вод (RWW) соответственно. В процессе электролиза загрязняющие вещества эффективно устранялись в дополнение к производству зеленой энергии. Устранение химической потребности в кислороде (COD) составило 37,4% и 24,6% для RWW и TE. Аналогично, 39,2% и 27,8% общего азота (TN) были удалены для RWW и TE во время электролиза сточных вод. Новое окно возможностей для создания устойчивой водородной экономики и методов управления водными ресурсами создается путем замены низкосортной воды на высокочистую.

© 2024 Американское химическое общество

Синопсис

Производство водорода с помощью электролиза щелочной воды все еще находится на стадии разработки из-за высокой стоимости и ограниченной доступности чистой воды. В этом исследовании в качестве альтернативы чистой воде для производства водорода использовались сточные воды.

1. Введение

Экологические проблемы и возросший спрос на энергию являются следствием слишком быстрого роста экономики, промышленности и населения.(1−4)В результате достижение углеродной нейтральности стало неотложной всемирной целью. Большинство стран согласились, что ограничение глобального роста температуры и сокращение выбросов парниковых газов являются целями Парижского соглашения.(5−7)Однако, поскольку ископаемое топливо, такое как уголь, нефть и природный газ, по-прежнему составляет большую часть потребления энергии, создание экологически чистых и возобновляемых видов топлива, которые заменят традиционные, имеет жизненно важное значение.(8−10)С одной стороны, водородная энергетика является идеальной альтернативой, поскольку она широкодоступна, не загрязняет окружающую среду, не выделяет углерод, легко адаптируется и эффективна в различных сценариях применения.(11−14)Однако это также может стимулировать развитие крупномасштабных возобновляемых источников энергии и поощрять чистое и эффективное использование традиционных ископаемых видов топлива.(15−17)Классические методы производства водорода по сути включают в себя выделение водорода (H 2 ) из промышленных отходов и побочных продуктов использования ископаемого топлива. Однако эти методы имеют огромный углеродный след и наносят вред окружающей среде.(18,19)Напротив, считается, что получение водорода с помощью электролиза воды более подходит для получения водорода высокой чистоты гибким, экологически чистым и возобновляемым способом.(20−22)Метод электролиза воды является чистым, не загрязняющим окружающую среду, с нулевым уровнем выбросов, экологически чистым, генерирующим зеленое топливо, и побочным продуктом является только кислород. Метод электролиза воды является одним из перспективных методов в области устойчивой энергетики.(23−25)В камере электролиза воды окисление воды на аноде генерирует газообразный кислород; это четырехэлектронный процесс, и аналогично восстановление воды на катоде генерирует газообразный водород; это двухэлектронный процесс. Получение водорода посредством электролиза воды все еще не распространено, несмотря на его преимущества по сравнению с углеродным топливом из-за его высокой стоимости по сравнению с паровым риформингом природного газа и газификацией угля.(26,27)Электролиз воды также необходим для подходящих катализаторов и чистой воды для электрохимического расщепления воды. Согласно Докладу ООН о мировом развитии за 2018 год, к 2050 году почти шесть миллиардов человек будут испытывать нехватку воды.(28,29)Основным препятствием для водородной экономики является ограниченная доступность и непомерная стоимость производства сверхчистой воды. Чтобы разработать зеленый водород в качестве топлива для будущего, необходимо тщательно рассмотреть альтернативы пресной воде. Соленые воды и сточные воды являются обильными ресурсами, которые могут помочь в достижении целей устойчивого развития (ЦУР) 13 (борьба с изменением климата), ЦУР 7 (доступная и чистая энергия) и ЦУР 6 (чистая вода и санитария). По оценкам, в мире ежегодно производится 380 млрд м3 сточных вод, что почти в 11 раз больше, чем необходимо для развитой водородной экономики.(30,31)В настоящее время материалы на основе благородных металлов, такие как катализаторы на основе Pt/C и Ir/Ru, являются передовыми электрокатализаторами для реакции выделения водорода (HER) и реакции выделения кислорода (OER). Однако их высокая стоимость и редкость препятствуют дальнейшей коммерциализации.(32,33)Следовательно, разработка катализаторов на основе неблагородных металлов с высокой активностью и стабильностью имеет важное значение. На этом фоне наши предыдущие исследования обнаружили применимость электрокатализаторов на основе переходных металлов на основе гафния с замечательным потенциалом для применения в электролизе щелочной воды.(34,35)Вторая сложная задача — замена чистой воды сточными водами для электролиза. Каждый день во всем мире образуются тонны сточных вод, и ни один способ очистки не может снизить уровень загрязняющих веществ в воде до допустимых пределов. Управление сточными водами является сложной задачей для многих стран, поскольку оно имеет важное значение для здоровья человека, окружающей среды и устойчивого экономического развития.(36−38)В этой работе была предпринята попытка использовать передовую технологию щелочного электролиза для получения зеленого водорода из сложных сточных вод, полученных с муниципальных очистных сооружений (MWWTP). Идея использования сточных вод в качестве источника водорода возникла из-за экономических трудностей и необходимости большей устойчивости. Целью этого исследования является изучение потенциала сточных вод для получения зеленого водорода, а также характеристик удаления загрязняющих веществ во время щелочного расщепления сточных вод. Используя сточные воды в качестве источника зеленой энергии, мы можем сэкономить драгоценную воду.

2. Материалы и методы

2.1. Образцы воды разного качества

Два репрезентативных образца воды, третичные стоки (TE) и сырые сточные воды (RWW) были собраны из полномасштабной MWWTP (город Кёнсан, Южная Корея) и использованы в качестве субстрата для этого исследования. Каждый собранный образец был исследован на предмет показателей качества воды и хранился при температуре 4 °C. Деионизированная вода (DI 18,4 МОм·см) использовалась в качестве контроля.

2.2 Материалы

Материалы, использованные в этом исследовании, были получены от Sigma-Aldrich South Korea: гидроксид калия (85%), серная кислота (95%), соляная кислота (35–37%), нитрат натрия (99%), перманганат калия (99,3%), перекись водорода (30%), тетрахлорид гафния (99,9%), гексагидрат нитрата кобальта(II) (98%), лимонная кислота (99,5%), гидрат сульфида натрия (60–62%) и этанол (99,9%). Для этих материалов не требовалась дополнительная очистка. Поставщиком графитового порошка и никелевой пены была Sigma-Aldrich в Южной Корее. Мы приобрели электрод из графитовых стержней диаметром 0,6 см у ITS Science в Корее. Для приготовления растворов использовалась деионизированная вода (система чистой воды, Kumoh Tech.Co.).

2.3 Анализ качества воды

Параметры качества воды оценивались с использованием стандартных методов и методик.(39)Тестовые наборы для качества воды (Hach DR 2500, США) использовались для оценки общего азота (TN) и химического потребления кислорода (COD). Нефелометр (Hach 2100P, США) и измеритель общего содержания растворенных твердых веществ (TDS) (TDS 3, HM DIGITAL Korea) использовались для измерения мутности и TDS образцов. pH нескольких образцов определялся с помощью pH-метра (Eutech 510, США).

2.4.Характеристики

Рентгеноструктурный анализ (XRD) проводили с помощью Panalytical X’Pert Pro с использованием источника излучения Cu Kα (λ-1,54 A°). Рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS) изучали с помощью поверхностного анализа Thermo Scientific K-Alpha с использованием Al Ka ​​в качестве источника рентгеновского излучения (1486,6 эВ). Морфологию электрокатализатора во время электролиза сточных вод исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии с полевой эмиссией (FE-SEM) (S-4200, Hitachi).

2.5 Электрохимические измерения

Рабочая станция AUTO LAB (PGSTAT128N, потенциостат-гальваностат) использовалась для всех электрохимических испытаний и были использованы изготовленные композитные электрокатализаторы HfCoS/rGO. Используя трехэлектродную систему, электрохимическая активность электрокатализатора для HER и OER измерялась с помощью линейной вольтамперометрии (LSV) и хроноамперометрии (CA). Рабочим электродом был модифицированный стеклоуглеродный электрод (GCE), а электродами сравнения и противоэлектродами были Hg/HgO (1 M NaOH) и графитовый стержень в различных электролитах, таких как DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH, все из которых были продуты азотом. Используя уравнение Нернста,E(RHE) = E(Hg/HgO) + 0,059 (pH) + 0,100 В для перевода измеренных потенциалов в обратимые потенциалы водородного электрода; все экспериментальные результаты, относящиеся к RHE, были предоставлены в этой публикации. Газовая хроматография (GC-8A, Shimadzu, Япония) с детектором по теплопроводности (TCD) и колонкой из нержавеющей стали (6 футов × 1/8) с молекулярным ситом 13 × 80/100 (Alltech, США) использовалась для оценки чистоты газа. Газом-носителем в этом случае был гелий. Температура в колонке повышалась на 10 °C/мин до 200 °C. Температура инжектора и детектора составляла 120 °C.(40)

2.6. Подготовка электродов HfCoS/rGO

Чтобы получить зеркальную поверхность, GCE полировали с использованием 0,05 мкм алюминиевой суспензии на полировальном диске. Мы синтезировали HfCoS/rGO для создания композитного электрода. Перед нанесением на поверхность электрода электрокаталитические чернила объединяли 10 мг HfCoS/rGO с 10 мкл 5 мас. % Nafion и обрабатывали ультразвуком в 0,5 мл растворителя изопропилового спирта. GCE модифицировали, добавив 10 мкл композита HfCoS/rGO и оставив сохнуть при комнатной температуре. С использованием этих электродов изучали как HER, так и OER.

2.7 Изготовление электролизера сточных вод

Электролиз сточных вод проводился в самодельной ячейке с эффективным объемом 200 мл, бифункциональный недрагоценный электрокатализатор HfCoS/rGO, нанесенный на никелевую пену с эффективной площадью поверхности 5 × 3 см 2 с загрузкой электрокатализатора 1 мг/см 2 , погружался в три различных типа электролитов, таких как DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH, которые содержали анодную и катодную сборку. Стабильность при 1,91 В в течение 100 ч оценивалась с использованием стратегии разделения сточных вод и метода CA с диапазоном напряжения от 0 до 2 В и скоростью сканирования 5 мВ/с. Образцы сточных вод состоят из твердых частиц, особенно во взвешенной форме, которые будут накапливаться на поверхности электрода и приводить к уменьшению эффективной площади поверхности электрода, доступной для осуществления генерации водорода. Для решения этой проблемы электролиз проводили в условиях непрерывного перемешивания, что предотвратило накопление примесей и привело к получению более надежных результатов.

2.8 Синтез HfCoS/rGO

Схема S1 иллюстрирует типичную процедуру синтеза, которая включала ультразвуковую обработку 5 мл этанола и 30 мг оксида графена (полученного с использованием модифицированной методики Хаммерса) в течение одного часа. Затем в 20 мл раствора гексагидрата нитрата кобальта(II) (10 ммоль/дм 3 ) и тетрахлорида гафния (10 ммоль/дм 3 ) по каплям добавляли 10 мл лимонной кислоты с концентрацией 10 ммоль / дм 3 . К вышеупомянутому раствору по каплям добавляли 5 мл гидрата сульфида натрия (30 ммоль/дм 3 ) при непрерывном перемешивании. Осажденный материал помещали на 16 ч при 200 °C в автоклав из нержавеющей стали, покрытый тефлоном. Полученный материал промывали несколько раз ацетоном и водой после реакции, а затем сушили в печи в течение ночи. Синтезированный материал был использован в качестве катализатора для электрохимического расщепления воды после исследования под микроскопом и использования нескольких спектроскопических методов.

3. Результаты и их обсуждение

Предложенный электрокатализатор был эффективно приготовлен с использованием эффективного гидротермального процесса, и в наших более ранних работах подробно описаны многочисленные результаты его расширенной характеризации.(34)

3.1 Исследование электрокаталитического HER с использованием различных источников электролита

Полученный катализатор использовался в качестве рабочего электрода на поверхности GCE для оценки электрокаталитической активности HER. Контрольный и противоэлектрод, которые представляли собой электроды Hg/HgO и графитовые стержневые электроды, были погружены в различные источники электролита, такие как DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. Различные параметры качества воды в сточных водах приведены в Таблице 1. Скорость сканирования, применяемая для проведения измерений, составляла 5 мВ/с. При использовании различных источников электролита LSV электрокатализатора HfCoS/rGO показал хорошую активность HER ( Рисунок 1 а). Как показано на рисунке 1 б, для достижения плотности тока −10 мА/см 2 требуется перенапряжение 164 мВ при DI + 1 M KOH (синий цвет), 171 мВ при TE + 1 M KOH (оранжевый цвет) и 193 мВ при RWW + 1 M KOH (зеленый цвет). Это конкурентоспособно с неблагородным электрокатализатором HER. При сравнении с другими результатами таблица S1 показывает более высокую электрокаталитическую активность HER, которую выявила электрохимия. При оценке пригодности электрокатализатора для практического использования стабильность является существенным соображением. Для проверки стабильности HER использовался удерживающий потенциал −0,18 В против RHE 10 ч, и результаты показали, что плотность тока существенно не изменилась для любого из протестированных источников электролита, включая DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. Благодаря этому, производительность хроноамперометрии (CA) электрокатализатора HfCoS/rGO была стабильной во всех электролитах ( Рисунок 1 c). Электрокатализатор HfCoS/rGO был относительно стабильным, поскольку перенапряжение, необходимое для достижения 10 мА/см 2 с использованием синтезированного электрокатализатора, не сильно увеличивалось после стабильности CA ( Рисунок S1 ). Результаты показывают, что HfCoS/rGO является превосходным и высокостабильным катализатором для получения водорода из DI, TE и RWW в 1 M растворе KOH.Таблица 1. Характеристики качества сточных вод .

субстратХПК (мг/л)ТН (мг/л)мутность (НЕМ)TDS (мг/л)рН
РВВ188,4 ± 2,1840,8 ± 1,24136,0 ± 3,48464,0 ± 4,087,2 ± 0,04
ТЕ13,4 ± 1,156,1 ± 1,082,7 ± 0,94328,0 ± 2,146,8 ± 0,06

Примечание: количество образцов (n) = 3.

Рисунок 1. Электрохимические характеристики HER: (a) кривые LSV при скорости сканирования 5 мВ/с в электролитах DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. (b) Перенапряжение (мВ) по сравнению с электрокатализаторами, для которых сообщается о значении -10 мА/см2 . (c) Тест на стабильность: удержание потенциала при -0,18 В по сравнению с RHE.

3.2 Исследование электрокаталитического OER с использованием различных источников электролита

Синтетический катализатор использовался в качестве рабочего электрода на поверхности GCE для оценки электрокаталитической активности OER, как и HER. Электроды Hg/HgO и графитовые стержневые электроды, которые служили в качестве эталонного и противоэлектрода, были погружены в несколько растворов электролитов, включая DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. Скорость сканирования, применяемая для проведения измерений, составляла 5 мВ/с. При использовании различных источников электролита LSV электрокатализатора HfCoS/rGO показал хорошую активность OER ( рисунок 2 а). Как показано на рисунке 2 б, для достижения плотности тока 10 мА/см 2 требуется перенапряжение 210 мВ при DI + 1 M KOH (синий цвет), 240 мВ при TE + 1 M KOH (оранжевый цвет) и 310 мВ при RWW + 1 M KOH (зеленый цвет), что делает его конкурентоспособным с неблагородным электрокатализатором OER. Более высокая электрокаталитическая активность HER, выявленная электрохимией, отображена в таблице S2 по сравнению с другими результатами. При оценке пригодности электрокатализатора для практического использования стабильность является существенным соображением. Для проверки стабильности OER использовался удерживающий потенциал 1,45 В против RHE 10 ч, и результаты показали, что плотность тока существенно не изменилась для любого из протестированных источников электролита, включая DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. Благодаря этому, хроноамперометрические характеристики (CA) электрокатализатора HfCoS/rGO были стабильны во всех электролитах ( Рисунок 2 c). Электрокатализатор HfCoS/rGO был относительно стабилен, поскольку перенапряжение, необходимое для достижения 10 мА/см 2 с использованием синтезированного электрокатализатора, не сильно увеличивалось после стабилизации CA ( Рисунок S3 ). Результаты показывают, что HfCoS/rGO является превосходным и высокостабильным катализатором, производящим кислород.

Рисунок 2. Электрохимические характеристики OER: (a) Кривые LSV при скорости сканирования 5 мВ/с в электролитах DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. (b) Перенапряжение (мВ) по сравнению с электрокатализаторами, зарегистрированными при 10 мА/см2 . (c) Тест на стабильность: удержание потенциала при 1,45 В по сравнению с RHE.

3.3 Общий электролиз для различных источников электролита

Согласно экспериментам OER и HER, материалы HfCoS/rGO являются очень стабильными активными катализаторами в различных электролитах, включая DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH. Это означает, что электрокатализатор может функционировать как катод и анод в электролизере сточных вод. Разность напряжений между OER и HER в идеальном электролизере должна быть небольшой. HfCoS/rGO использовался для создания анода и катода электролизера сточных вод. Была проведена оценка LSV и CA синтезированного катализатора по его общей производительности расщепления воды (OWS). Рисунок 3 а иллюстрирует разность напряжений ячейки катализатора HfCoS/rGO между OER и HER (Ecell). Как можно видеть на рисунке 3 б, Ecell для HfCoS/rGO составил 1,60 В (Ecell = Eанод + Eкатод) для DI + 1 М КОН и, соответственно, для TE + 1 М КОН при 1,64 В и RWW + 1 М КОН при 1,73 В для достижения плотности тока 10 мА/см 2 . Эти значения были значительно меньше тех, которые были найдены в недавно опубликованных работах для композитных материалов на основе кобальта ( таблица S3 ). Видео демонстрирует непрерывное производство электролизерами кислорода на аноде и водорода на катоде ( дополнительная информация ). Эти результаты демонстрируют, что сточные воды являются ценным ресурсом для производства зеленой энергии с использованием синтезированных электрокатализаторов.

Рисунок 3. (a) Кривые OER и HER LSV полуэлемента для электродов HfCoS/rGO при скорости сканирования 5 мВ/с в источниках электролита DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH; (b) кривые LSV электролизера воды HfCoS/rGO//HfCoS/rGO при скорости сканирования 5 мВ/с; и (c) профили CA электролизера воды (удерживающий потенциал 1,91 В).

Превосходная бифункциональная каталитическая активность полученных нанокомпозитов в различных электролитах, таких как DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH, показана быстрым образованием и высвобождением H 2 и O 2 при низких перенапряжениях. Потенциал ячейки анализа (E cell ) аналогичен потенциалу трехэлектродной конфигурации на рисунке 3 a, что демонстрирует непревзойденную надежность результатов.Долгосрочная стабильность синтезированного электрокатализатора также была исследована для различных электролитов, включая DI + 1 M KOH, TE + 1 M KOH и RWW + 1 M KOH при 1,91 В в течение 100 ч ( рисунок 3 c). Небольшая потеря тока наблюдалась, когда H 2 и O 2 непрерывно выделялись на катоде и аноде соответственно, что демонстрирует хорошую производительность в отношении процесса расщепления воды. Элементарная, структурная и морфологическая стабильность электродов после OWS была дополнительно проанализирована с помощью передовых методов характеризации, таких как XRD, XPS и FESEM. Пост-рентгеновские дифракционные картины продемонстрировали долговечность электрокатализатора, которая не выявила никаких изменений в положении пика дифракции (2θ) после стабильности CA для катода ( рисунок S3a ), тогда как для анода интенсивности пиков XRD немного снижаются из-за поверхностной реакции ( рисунок S3b ). Пост-XPS-анализ после электролиза сточных вод показывает, что все элементы все еще присутствуют после анализа как катода ( Рисунок S4a ), так и анода ( Рисунок S5a ), что подтверждается обзорным сканированием. После CA в обзорном спектре были обнаружены Hf, Co, S, O и C, что свидетельствует о стабильности электрокатализатора. На катодном электроде наблюдалось небольшое смещение вправо для Hf 4f, Co 2p и серы во время CA ( Рисунок S4b,c ). По сравнению с катодом, немного большее смещение наблюдалось в случае анодной реакции ( Рисунок S5b,c ) из-за окисления примесей на анодном электроде. Соответствующие спектры XPS S 2p и C 1s также показывают небольшое изменение интенсивности пика и смещение вправо после OWS для катодного ( Рисунок S4d,e ) и анодного ( Рисунок S5d,e ) электродов, используемых для системы электролиза воды. Морфология синтезированного электрокатализатора не изменилась ни для анода, ни для катода после длительной стабильности по сравнению с исходной, о чем свидетельствуют изображения FESEM после OWS сточных вод ( Рисунок S6 ). Неизменный структурный и элементный состав является важной причиной, связанной со стабильной работой электрокатализатора в течение длительного периода работы электролизера в жестких условиях сточных вод.Газовая хроматография использовалась для оценки чистоты полученных газов. Количество водорода и кислорода, выходящих из катодного и анодного отсеков, рассчитывалось с использованием подхода вытеснения воды. В ходе этого процесса была достигнута 97%-ная эффективность Фарадея. Электролизер для воды (TE + 1 M KOH) производил 14,3 мл/ч кислорода и 29 мл/ч водорода при приложенном токе 65 мА/см 2 , тогда как аналогичный электролизер для воды (RWW + 1 M KOH) производил 13,5 мл/ч кислорода и 28,1 мл/ч водорода ( Рисунок S7 ), из-за сырых сточных вод, включающих несколько композитов, и предположения, что частицы препятствуют активным центрам, электролизер для воды RWW + 1 M KOH производил гораздо меньше H 2 и O 2 , чем электролизер для воды TE + 1 M KOH.

3.4 Удаление примесей при электролизе сточных вод

Если сточные воды из промышленных и бытовых источников не обрабатываются должным образом, это представляет значительную угрозу для экологии и окружающей среды. По сравнению с другими технологиями очистки сточных вод электрокаталитическая деградация является недорогой технологией, которая отличается высокой эффективностью, имеет широкую применимость, не имеет вторичных отходов, проста в эксплуатации и обладает выдающейся окислительной способностью. Эти факторы делают ее жизнеспособной технологией для удаления загрязняющих веществ из сточных вод.(41,42)Заменяя сточные воды на ценную питьевую воду и устраняя загрязняющие вещества из сточных вод во время расщепления воды, этот проект стремится удовлетворить потребности в воде для производства зеленой энергии. Были проведены исследования влияния электролиза воды на удаление загрязнений в дополнение к производству зеленого водорода. В двухэлектродной системе с приложенным потенциалом 1,8 В загрязняющие вещества, удаленные с помощью электрокатализатора HfCoS/rGO во время двухчасового электролиза в электролитическом растворе 1 М KOH, показаны на рисунке 4. Профиль ХПК и соответствующая плотность тока при 1,8 В во время электролиза RWW показаны на рисунке 4 а, что указывает на 37,4% удаления ХПК из RWW во время электролиза. Аналогично, для TE наблюдалось 24,6% удаления ХПК при тех же условиях напряжения и продолжительности ( рисунок 4 с).

Рисунок 4. (a) Профиль ХПК, (b) удаление TN при поддержании потенциала 1,8 В при электролизе RWW в электролите 1 М КОН, (c) профиль ХПК и (d) удаление азота при поддержании потенциала 1,8 В при электролизе TE в электролите 1 М КОН.

Азот является важным питательным веществом, содержащимся в сточных водах, избыточное количество которого, особенно нитрата, может нанести вред окружающей среде, вызывая эвтрофикацию, рак желудочно-кишечного тракта у взрослых и метгемоглобинемию у младенцев. Поэтому его следует в первую очередь удалить из окружающей среды.(43,44)Питательные вещества эффективно удаляются во время электролиза RWW, как видно из кривой уменьшения TN с плотностью тока, что приводит к удалению TN на 39,2% ( рисунок 4 b). Как и RWW, TE также показал удаление TN на 27,8% ( рисунок 4 d). Константа скорости псевдопервого порядка для удаления COD и TN для RWW и TE также была рассчитана и показана на рисунке S8 .Еще одной серьезной проблемой при производстве водорода из соленой воды являются взвешенные или растворенные примеси.(45,46)Из-за высокой концентрации взвешенных частиц в городских сточных водах затрудняются электрохимические процессы и снижается энергоэффективность. При электролизе RWW и TE удалось удалить 68,7% и 38,1% мутности и 4% и 3,4% растворенных примесей (TDS). В таблице 2 показано удаление примесей для RWW и TE в течение 120 мин электролиза сточных вод при 1,8 В.Таблица 2. Удаление примесей при щелочном электролизе некачественной воды (120 мин при 1,8 В) а

  примеси
субстратэлектролизХПК (мг л –1 )TN (мг л –1 )мутность* (НЕМ)TDS*(мг л –1 )
РВВдо188,4 ± 2,1840,8 ± 1,24142,7 ± 2,949140,7 ± 12,44
  (136,0 ± 3,48)(464,0 ± 4,08)
 после % удаления118 ± 2,1224,8 ± 1,4844,6 ± 1,888780,4 ± 12,36
37.439.268.74.0
ТЕдо13,4 ± 1,156,1 ± 1,0816,8 ± 1,328865,4 ± 10,36
  (2,7 ± 0,94)(328,0 ± 2,14)
 после % удаления10,1 ± 1,084,4 ± 1,3810,4 ± 1,288557,6 ± 12,32
24.627.838.13.4

Примечание: *Из-за добавления электролита (1 М КОН) значения мутности и TDS увеличились. () показывает начальную концентрацию до добавления электролита.Также проводилось удаление примесей в течение 100 ч, что показало, что примеси не удалялись эффективно в течение более длительного периода времени ( рисунок S9 ). Возможной причиной длительного отсутствия прогресса в удалении примесей может быть ограничение подачи энергии (более низкое напряжение) и метод безмембранного электролиза. Значительное удаление твердых частиц ХПК (pCOD) (84% для RWW и 78% для TE) и твердых частиц общего азота (pTN) (75% для RWW и 46% для TE) показывает, что твердые частицы были в основном удалены во время разделения сточных вод, как показано на рисунке S10 . Через 100 ч растворенные загрязнители все еще присутствовали на аналогичных уровнях, что не улучшило общую эффективность удаления примесей во время электролиза сточных вод. Помимо вышеуказанных примесей, ионы хлора также являются серьезной проблемой при электролизе воды, поскольку они приведут к конкурентной реакции с OER, особенно в случае электролиза морской воды из-за их обилия в морской воде. Поэтому для определения эффекта хлорида мы использовали стандартный метод Мора для измерения ионов хлорида путем титрования образца сточных вод. Титрованием RWW и TE нитратом серебра мы наблюдали очень низкое количество ионов хлорида в образцах сточных вод (10 ppm для сырых сточных вод и 3 ppm для третичных стоков), что не будет мешать выделению кислорода.При щелочном электролизе обычно добавляют KOH или NaOH для улучшения проводимости водно-электролитного раствора. Однако в контексте управления качеством воды эти проводящие агенты также приводят к образованию ионных примесей, которые необходимо удалить перед сбросом в водоемы. Обычно удаление ионных частиц представляет собой сложную систему, которая использует использование дистилляции, осаждения и разделения, ионного обмена или мембранной технологии разделения. Среди них мембрана является потенциальным экономически эффективным кандидатом для снижения или существенного удаления ионных примесей из образцов воды перед сбросом сточных вод.Основная цель процесса электролиза воды — получение зеленого водорода. Целью данного исследования является поиск альтернатив высокочистой, драгоценной пресной воде для производства зеленой энергии. В этом контексте данное исследование успешно демонстрирует, что низкокачественная вода может использоваться в качестве замены пресной воды в процессе электролиза воды. В ходе электрохимического расщепления воды некоторые загрязняющие вещества были удалены, что является дополнительным преимуществом этой стратегии производства зеленой энергии. В разработанных экспериментальных условиях примеси воды не были полностью удалены из-за ограниченной подачи энергии ( таблица 2 ). Это ограничение можно преодолеть, запустив электролизер воды при высокой плотности тока. И практически маршрут сброса воды на очистной станции может быть привлекательной стратегией для эффективного контроля остаточных примесей.

4. Вывод

Используя разработанную технологию расщепления щелочной воды, исследуется потенциал сточных вод для производства зеленого водорода в качестве замены чистой воды. Гидротермально синтезированный бифункциональный электрокатализатор (HfCoS/rGO) использовался для оценки электрохимических возможностей DI, TE и RWW для генерации зеленого водорода. Благодаря высокой долговечности предлагаемый катализатор хорошо зарекомендовал себя для HER, OER и OWS. Для достижения плотности тока 10 мА/см2 HfCoS /rGO требуется 1,6, 1,64 и 1,73 В для DI, TE и RWW соответственно. Его долгосрочная стабильная работа подтверждает практическую эффективность электрокатализатора (100 ч). Помимо производства зеленой энергии, также исследовалось удаление загрязняющих веществ из сточных вод с помощью расщепления щелочной воды. Органика и питательные вещества эффективно разлагались в течение двух часов разделения сточных вод, о чем свидетельствует удаление 37,4% и 39,2% ХПК и TN для RWW и 24,6% и 27,8% ХПК и TN для TE. Однако из-за ограниченного энергоснабжения и отсутствия мембраны, которая не может удалять растворенные загрязняющие вещества, дальнейшего улучшения удаления загрязняющих веществ в течение длительного периода (100 ч) не было замечено. Сточные воды являются жизнеспособным и доступным вариантом для получения зеленого водорода, который может решить энергетические и экологические проблемы.

Вспомогательная информация

Вспомогательная информация доступна бесплатно по адресу https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsestwater.4c00424 .

  • Синтез электрокатализаторов HfCoS/rGO, сравнение HER и OER с известными электрокатализаторами, требуемое перенапряжение HfCoS/rGO для 10 мА/см2 до и после HER и стабильность OER, спектры XRD HfCoS/rGO после OWS для HER и OER, спектры XPS образца HfCoS/rGO для HER и OER после OWS, изображения SEM исходных и после OWS сточных вод для катодного и анодного электрокатализатора, количественное определение газообразных веществ, выделяющихся на катоде и аноде для TE и RWW, сравнение характеристик расщепления воды с известными электрокатализаторами, константа скорости псевдопервого порядка для удаления ХПК и TN для RWW и TE, профиль удаления ХПК и TN при поддержании потенциала 1,8 В в RWW и TE в течение 100 ч, процент растворимого ХПК (sCOD) и ХПК в виде частиц (pCOD), растворимый азот (sN) и азот в виде частиц (pN) для исходного образца и после 100 ч RWW и TE с использованием электрокатализатора HfCoS/rGO, ссылки ( PDF )
  • Непрерывное производство кислорода на аноде и водорода на катоде электролизерами ( ЗИП )

Использование сточных вод как источника для получения экологически чистой энергии с использованием расщепления щелочной воды.

Вспомогательная информация. Использование сточных вод как источник экологически чистой энергии. Генерация энергии с использованием расщепления щелочной воды. Махеш Итаги, Дипак Чаухан, Ён-Хо Ан*Факультет гражданского строительства, Университет Ённам, Кёнсан 38541, Южная Корея.*Автор-корреспондент: Ён Хо Ан, Электронная почта: yhahn@ynu.ac.kr, Тел. +82-53-810-3511,Факс +82-53-810-4622ОГЛАВЛЕНИЕСодержаниеОписанияСтраница-номерСхема S1Синтез электрокатализаторов HfCoS/rGO.С3

Таблица S1. Сравнение HER с известными электрокатализаторами. С4 Рисунок S1HfCoS/rGO требуется перенапряжение для 10 мА/см2 до ипосле ее стабилизации. С4 Таблица S2 Сравнение OER с известными электрокатализаторами. С5 Рисунок S2 HfCoS/rGO требуется перенапряжение для 10 мА/см2 до ипосле стабилизации OER. С5 Рисунок S3 Спектры рентгеновской дифракции HfCoS/rGO после OWS CA для (a) HER и (b)ОЭР. С6 Рисунок S4. Спектры XPS образца HfCoS/rGO, (a) обзорный спектр, (b) HfСпектр 4f, (c) спектр Co 2p, (d) спектр S 2p и (e) спектр CСпектр 1s для HER после OWS. С7 Рисунок S5Спектры XPS образца HfCoS/rGO, (a) обзорный спектр, (b) HfСпектр 4f, (c) спектр Co 2p, (d) спектр S 2p и (e) спектр C. Спектр 1с для OER после OWS.С8

файл в формате ПДФ http://pubs.acs.org/page/copyright/permissions.html .

Условия и положения

Большинство электронных файлов Supporting Information доступны без подписки на ACS Web Editions. Такие файлы могут быть загружены постатейно для исследовательских целей (если есть лицензия на публичное использование, связанная с соответствующей статьей, эта лицензия может разрешать иное использование). Разрешение на иное использование может быть получено от ACS через запросы через систему разрешений RightsLink: http://pubs.acs.org/page/copyright/permissions.html .

Информация об авторе

  • Автор-корреспондент
    • Ён Хо Ан — Факультет гражданского строительства, Университет Ённам, Кёнсан 38541, Южная Корея ;  Орсидаhttps://orcid.org/0000-0002-8301-5886 ; Электронная почта: yhahn@ynu.ac.kr
  • Авторы
    • Махеш Итаги — Факультет гражданского строительства, Университет Ённам, Кёнсан 38541, Южная Корея
    • Дипак Чаухан — Факультет гражданского строительства, Университет Ённам, Кёнсан 38541, Южная Корея
  • Вклады авторов MI: Методология, формальный анализ, написание — первоначальный черновик. DC: Экспериментальное исследование и визуализация. Y.-HA: Концептуализация, написание — рецензирование и редактирование, а также руководство. CRediT: Концептуализация Махеша Итаги , формальный анализ, исследование, методология, проверка, визуализация, написание — первоначальный черновик.
  • Примечания. Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

Это исследование было поддержано Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд (NRF), финансируемый Министерством образования (2020R1I1A3054816), Республика Корея. Авторы благодарят Исследовательский центр натуральных продуктов и медицинских материалов (RCNM) за техническую поддержку в отношении теста на наноиндентирование. Второй автор, DC, благодарен Министерству образования Кореи за присуждение стипендии Global Korea Scholarship (GKS) для поддержки докторской программы.

Рекомендации

В статье имеются ссылки на 46 других публикаций.

  1. 1Тайебат, М.; Браун , А.Л.; Саффорд , Х.Р .; Ку, С.; Сюй , М. Обзор влияния подключенных и автоматизированных транспортных средств на энергетику, окружающую среду и устойчивое развитие . Environ. Sci. Technol. 2018 , 52 , 11449–11465 ,  DOI: 10.1021/acs.est.8b00127ВидGoogle Scholar
  2. 2Boul, PJ Введение в энергетический переход: климатические действия и цикличность . ACS Symp. Ser. 2022 , 1412 , 1–20 ,  DOI: 10.1021/bk-2022-1412.ch001ВидGoogle Scholar
  3. 3Хант, ND ; Либман, M.; Такрар , SK ; Хилл, JD Использование ископаемой энергии, воздействие изменения климата и связанный с качеством воздуха ущерб здоровью человека при традиционных и диверсифицированных системах земледелия в Айове, США .Environ. Sci. Technol. 2020 , 54 ( 18 ), 11002–11014 ,  DOI: 10.1021/acs.est.9b06929ВидGoogle Scholar
  4. 4Boyd, SB ; Horvath, A. ; Dornfeld, D. Потребность в энергии в течение жизненного цикла и потенциал глобального потепления вычислительной логики . Environ. Sci. Technol. 2009 , 43 ( 19 ), 7303 – 7309 ,  DOI: 10.1021/es901514nВидGoogle Scholar
  5. 5WIREs Изменение климата — 2023 — Fuglestvedt — Баланс парниковых газов для авиации в соответствии с Парижским соглашением, ссылка 5. PDF.
  6. 6Вэй, Т.; Ву , Дж.; Чен , С. Отслеживание прогресса и целей сокращения выбросов парниковых газов в 167 городах мира . Front. Sustain. Cities 2021 , 3 , 696381 ,  DOI: 10.3389/frsc.2021.696381ВидGoogle Scholar
  7. 7Хуан, МТ ; Чжай, ПМ Достижение температурных целей Парижского соглашения требует углеродной нейтральности к середине века с далеко идущими преобразованиями во всем обществе .Adv . Clim. Chang. Res. 2021 , 12 ( 2 ), 281–286 ,  DOI: 10.1016/j.accre.2021.03.004ВидGoogle Scholar
  8. 8Мегия, П. Дж.; Вискайно , А. Дж .; Каллес, Дж. А .; Карреро, А. Технологии производства водорода: от ископаемого топлива к возобновляемым источникам. Мини-обзор . Энергетическое топливо 2021 , 35 ( 20 ), 16403 – 16415 ,  DOI: 10.1021/acs.energyfuels.1c02501ВидGoogle Scholar
  9. 9Jaiswal, KK ; Chowdhury, CR ; Yadav, D. ; Verma, R. ; Dutta, S. ; Jaiswal, KS ; SangmeshB ; Karuppasamy, KSK Развитие возобновляемой и устойчивой чистой энергии и ее влияние на социальное, экономическое и экологическое здоровье . Energy Nexus 2022 , 7 , 100118 ,  DOI: 10.1016/j.nexus.2022.100118ВидGoogle Scholar
  10. 10ДеВиерно Крюдер, А.; Хаус -Найт, Т.; Уитфорд , Дж.; Поннусами , Э.; Миллер , П.; Джесси , Н.; Роденборн , Р .; Саяг, С.; Гебель , М.; Апед , И.Метод оценки более экологичных альтернатив между химическими продуктами в соответствии с 12 принципами зеленой химии . ACS Sustainable Chem. Eng. 2017 , 5 ( 4 ), 2927 – 2935 , DOI: 10.1021/acssuschemeng.6b02399ВидGoogle Scholar
  11. 11Lubitz, W. ; Tumas, W. Водород: Обзор . Chem. Rev. 2007 , 107 , 3900 – 3903 ,  DOI: 10.1021/cr050200zВидGoogle Scholar
  12. 12Брэндон, Н. П.; Курбан , З. Чистая энергия и водородная экономика . Фил. Перевод. Р. Соц. A 2017 , 375 ( 2098 ), 20160400 ,  DOI: 10.1098/rsta.2016.0400ВидGoogle Scholar
  13. 13Chen, Z. ; Kirlikovali, KO ; Idrees, KB ; Wasson, MC ; Farha, OK Пористые материалы для хранения водорода . Chem 2022 , 8 ( 3 ), 693 – 716 ,  DOI: 10.1016/j.chempr.2022.01.012ВидGoogle Scholar
  14. 14Сармах, МК ; Сингх, ТП ; Калита, П.; Деван , А. Устойчивое производство и хранение водорода — обзор . RSC Adv. 2023 , 13 ( 36 ), 25253 – 25275 ,  ДОИ: 10.1039/D3RA04148DВидGoogle Scholar
  15. 15Ang, TZ ; Salem, M. ; Kamarol, M. ; Das, HS ; Nazari, MA ; Prabaharan, N. Комплексное исследование возобновляемых источников энергии: классификации, проблемы и предложения . Energy Strateg. Rev. 2022 , 43 , 100939 ,  DOI: 10.1016/j.esr.2022.100939ВидGoogle Scholar
  16. 16Гилен, Д.; Бошелл , Ф.; Сайгин , Д.; Базилиан , М.Д.; Вагнер, Н.; Горини , Р. Роль возобновляемой энергии в глобальной энергетической трансформации . Energy Strateg. Rev. 2019 , 24 , 38–50 ,  DOI: 10.1016/j.esr.2019.01.006ВидGoogle Scholar
  17. 17Товар-Фасио, Х.; Геррас , Л.С.; Понсе- Ортега , Х.М .; Мартин, М. Устойчивый энергетический переход с учетом взаимосвязи между водой и энергией: многоцелевая структура оптимизации . ACS Sustainable Chem. Eng. 2021 , 9 ( 10 ), 3768–3780 ,  DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c08694ВидGoogle Scholar
  18. 18Санчес-Бастардо, Н.; Шлегль , Р.; Руланд , Х. Пиролиз метана для производства водорода с нулевым уровнем выбросов: потенциальная мостовая технология от ископаемого топлива к возобновляемой и устойчивой водородной экономике . Ind. Eng. Chem. Res. 2021 , 60 ( 32 ), 11855 – 11881 ,  DOI: 10.1021/acs.iecr.1c01679ВидGoogle Scholar
  19. 19Zhang, J. ; Li, X. ; Chen, H. ; Qi, M. ; Zhang, G. ; Hu, H. ; Ma, X. Производство водорода путем каталитического разложения метана: углеродные материалы в качестве катализаторов или носителей катализаторов . Int. J. Hydrogen Energy 2017 , 42 ( 31 ), 19755 – 19775 ,  DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.06.197ВидGoogle Scholar
  20. 20Sharma, PJ ; Modi, KH ; Sahatiya, P. ; Sumesh, CK ; Pataniya, PM Электроды из NiP-ткани, нанесенные методом химического осаждения, для эффективного электролиза воды и мочевины для производства водорода в промышленных масштабах . Appl. Surf. Sci. 2024 , 644 , 158766 ,  DOI: 10.1016/j.apsusc.2023.158766ВидGoogle Scholar
  21. 21Гиддаераппа, Н.; Насим Кусар, Н.; Дешпанде , У.; Саннегоуда, Л.К. Металлоорганическая структура на основе фталоцианина кобальта как эффективный бифункциональный электрокатализатор для электролиза воды .Energy Fuels 2024 , 38 ( 9 ), 8249–8261 ,  DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c00037ВидGoogle Scholar
  22. 22Aralekallu, S. ; Sannegowda Lokesh, K. ; Singh, V. Усовершенствованные бифункциональные катализаторы для производства энергии путем электролиза богатой земными водами воды . Fuel 2024 , 357 ( PA ), 129753 ,  DOI: 10.1016/j.fuel.2023.129753ВидGoogle Scholar
  23. 23Шива Кумар, С.; Лим , Х. Обзор технологий электролиза воды для производства зеленого водорода . Energy Rep . 2022 , 8 , 13793–13813 ,  DOI: 10.1016/j.egyr.2022.10.127ВидGoogle Scholar
  24. 24Li, W. ; Tian, ​​H. ; Ma, L. ; Wang, Y. ; Liu, X. ; Gao, X. Низкотемпературный электролиз воды: основы, прогресс и новые стратегии . Mater. Adv. 2022 , 3 ( 14 ), 5598 – 5644 ,  ДОИ: 10.1039/D2MA00185CВидGoogle Scholar
  25. 25Аслам, С.; Рани , С.; Лал , К.; Фатима , М.; Хардвик, Т.; Ширинфар , Б.; Ахмед , Н. Электрохимическое производство водорода: устойчивая водородная экономика . Green Chem. 2023 , 25 ( 23 ) , 9543–9573 ,  ДОИ: 10.1039/D3GC02849FВидGoogle Scholar
  26. 26Sun, F. ; Qin, J. ; Wang, Z. ; Yu, M. ; Wu, X. ; Sun, X. ; Qiu, J. Энергосберегающее производство водорода путем гибридного расщепления морской воды без хлора с разложением гидразина . Nat. Commun. 2021 , 12 ( 1 ), 4182 ,  DOI: 10.1038/s41467-021-24529-3ВидGoogle Scholar
  27. 27Ul Haq, T.; Haik , Y. Дорожная карта к устойчивому проектированию анодов для электролиза щелочной воды . Appl. Catal. B Environ. 2023 , 334 , 122853 ,  DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.122853ВидGoogle Scholar
  28. 28Боретти, А.; Роза , Л. Переоценка прогнозов Всемирного доклада о развитии водных ресурсов . npj Clean Water 2019 , 2 ( 1 ), 15 ,  DOI: 10.1038/s41545-019-0039-9ВидGoogle Scholar
  29. 29Юджегёнюль, Г.; Караул , Э. Международный журнал современных естественных наук и передовой фитохимии . Ijcnap. Com. 2022 , 3 , 1–12Google Scholar
  30. 30Кадир, М.; Дрексель , П.; Хименес Сиснерос, Б.; Ким , Й.; Праманик , А.; Мехта , П .; Оланиян, О. Глобальный и региональный потенциал сточных вод как источника воды, питательных веществ и энергии . Nat. Resour. Forum . 2020 , 44 ( 1 ) , 40–51 ,  ДОИ: 10.1111/1477-8947.12187ВидGoogle Scholar
  31. 31Lu, L. ; Guest, JS ; Peters, CA ; Zhu, X. ; Rau, GH ; Ren, ZJ Очистка сточных вод для улавливания и использования углерода . Nat. Sustainable 2018 , 1 ( 12 ), 750 – 758 ,  DOI: 10.1038/s41893-018-0187-9ВидGoogle Scholar
  32. 32Ли, К.; Бэк , Дж. Б. Последние достижения в областиоснове благородных металлов (Pt, Ru и Ir) для эффективной реакции выделения водорода . ACS Omega 2020 , 5 ( 1 ), 31–40 ,  DOI: 10.1021/acsomega.9b03550ВидGoogle Scholar
  33. 33Hansen, JN ; Prats, H. ; Toudahl, KK ; Mo̷rch Secher, N. ; Chan, K. ; Kibsgaard, J. ; Chorkendorff, I. Есть ли что-нибудь лучше Pt для НЕЕ? . ACS Energy Lett. 2021 , 6 ( 4 ), 1175 – 1180 ,  DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00246ВидGoogle Scholar
  34. 34Itagi, M. ; Chauhan, D. ; Ahn, YH Бифункциональные электрокатализаторы HfCoS/rGO для эффективного расщепления воды в щелочных средах . Energy Fuels 2023 , 37 ( 15 ), 11298 – 11308 ,  DOI: 10.1021/acs.energyfuels.3c01336ВидGoogle Scholar
  35. 35Чаухан, Д.; Итаги , М .; Ан, Й.-Х. Расщепление щелочной воды с использованием стабильного и эффективного бифункционального электрокатализатора на основе гафния . ChemCatChem 2023 , 15 ( 15 ), e202300562  DOI: 10.1002/cctc.202300562ВидGoogle Scholar
  36. 36Tak, SS ; Shetye, O.; Muley , O.; Jaiswal, H .; Malik, SN Новые технологии производства водорода из сточных вод . Int . J. Hydrogen Energy 2022 , 47 ( 88 ), 37282–37301 ,  DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.06.225ВидGoogle Scholar
  37. 37Джоши, К.К.; Чаухан , С.В.; Патания , П.М .;, К.К. Эффективное гибридное расщепление воды и прямое электроокисление органического красителя из сточных вод с использованием нанолистов сульфида меди и кобальта . Международный журнал водородной энергетики 2024 , 58 , 1562–1575 ,  DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.01.330ВидGoogle Scholar
  38. 38Patel, RP ; Pataniya, PM ; Siraj, S. ; Sahatiya, P. ; Sumesh, CK Одновременное производство зеленого водорода и очистка сточных вод от красителей с использованием электрохимической ячейки WSe2–CuO/графит . Int . J. Hydrogen Energy 2024 , 55 , 815–827 ,  DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.11.246ВидGoogle Scholar
  39. 39APHA. Стандартные методы исследования воды и сточных вод ; Американская ассоциация общественного здравоохранения, Американская ассоциация водопроводных сооружений, Федерация водной среды , 2012 ; 1496 .Google Scholar
  40. 40Choi, J. ; Ahn, Y. Влияние смешанной культуры, производящей водород, на производительность микробных топливных элементов . Int. J. Hydrogen Energy 2014 , 39 ( 17 ), 9482 – 9489 ,  DOI: 10.1016/j.ijhydene.2014.03.210ВидGoogle Scholar
  41. 41Муссе, Э.; Пешо , И.; Отуран , Н.; Отуран , М.А. Конкуренция переноса заряда/массопереноса в усовершенствованной гибридной электрокаталитической очистке сточных вод: разработка нового соотношения эффективности тока . Appl. Catal. B Environ. 2019 , 240 , 102–111 ,  DOI: 10.1016/j.apcatb.2018.08.055ВидGoogle Scholar
  42. 42Ли, С.; Лу , С.; Чжан , Г. Трехмерный структурированный электрод для электрокаталитической очистки органических сточных вод: конструкция, механизм и роль . J. Hazard. Mater. 2023 , 445 , 130524 ,  DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.130524ВидGoogle Scholar
  43. 43Ли, Д .; Фу, Ч.; Ван , Ч.; Сонг , Ц. Практические соображения по электрохимической денитрификации реальных сточных вод . Environ. Sci.: Water Res. Technol. 2022 , 9 ( 1 ), 211 – 220 ,  ДОИ: 10.1039/D2EW00346EВидGoogle Scholar
  44. 44Mao, R. ; Zhu, H. ; Wang, KF ; Zhao, X. Селективное преобразование нитрата в газообразный азот с помощью улучшенного электрохимического процесса с помощью восстановительных гидроксидов Fe(II)-Fe(III) на поверхности катода . Appl. Catal. B Environ. 2021 , 298 , 120552 ,  DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120552ВидGoogle Scholar
  45. 45Дресп, С.; Диониджи , Ф.; Клингенхоф , М.; Штрассер , П. Прямое электролитическое расщепление морской воды: возможности и проблемы . ACS Energy Lett. 2019 , 4 ( 4 ), 933–942 ,  DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00220ВидGoogle Scholar
  46. 46Тонг, В.; Форстер , М.; Диониджи , Ф.; Дресп , С.; Садеги Эрами, Р.; Штрассер , П.; Коуэн , А.Дж .;, П. Электролиз низкосортной и соленой поверхностной воды . Nat . Energy 2020 , 5 ( 5 ), 367–377 ,  DOI: 10.1038/s41560-020-0550-8ВидGoogle Scholar

Процитировано

Данная статья пока не цитировалась в других изданиях. Скачать PDF-файл

источник: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsestwater.4c00424