Boosting Electrochemical Denitrification and Resource Recovery in Low-Concentration Nitrate via Proton Transfer Adjustment

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作者
Chongchong Liu,Peifang Wang,Bin Hu,Yongxiang Zhou,Jiacheng Li,Gang Zhou
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (41): 22299-22308 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c09179
摘要

Electroreduction of nitrate (eNO3RR) to ammonia (NH3) in low-concentration nitrate (NO3-) is of great significance for actual wastewater purification and nitrogen resource recovery. However, the competing hydrogen evolution reaction (HER) inevitably constrained nitrate hydrogenation and aggravated energy consumption in the low NO3- content media. This study introduces a hydrophobic electrode interface to inhibit active hydrogen (H*) generation and facilitate the direct proton transfer from H2O to NO3-, thereby minimizing HER selectivity and enhancing NH3 conversion. Consequently, the iodine-modified Mxene (TCTI) electrode consistently performed with high NH3 selectivity (∼90%) and low-energy consumption in various low-concentration nitrate environments (NO3--N: 10-80 mg L-1). The H2O-mediated proton-coupled electron transfer (PCET) in the TCTI electrode was validated by in situ characterization and theoretical calculations. Furthermore, a cross-flow electrofiltration system (CFE) incorporating TCTI was designed to synchronously eliminate NO3- and recycle NH3, ultimately achieving high purity NH4Cl recovery with economically feasible operating costs. Our research provides novel insights into the efficient electrochemical denitrification and resource recovery of wastewater containing low-concentration nitrate.
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