Electrochemical reduction of nitrate in a catalytic carbon membrane nano-reactor

催化作用 硝酸盐 双金属 电解质 化学 无机化学 电化学 选择性 活性炭 碳纤维 选择性催化还原 化学工程 吸附 电极 材料科学 有机化学 复合材料 物理化学 工程类 复合数 生物化学
作者
Jing Ma,Wei Wei,Guotong Qin,Tianliang Xiao,Weiqiang Tang,Shuangliang Zhao,Lei Jiang,Shaomin Liu
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:208: 117862-117862 被引量:44
标识
DOI:10.1016/j.watres.2021.117862
摘要

Nitrate pollution is a critical environmental issue in need of urgent addressing. Electrochemical reduction is an attractive strategy for treating nitrate due to the environmental friendliness. However, it is still a challenge to achieve the simultaneous high activity and selectivity. Here we report the design of a porous tubular carbon membrane as the electrode deposited with catalysts, which provides a large triple-phase boundary area for nitrate removal reactions. The achieved nitrate removal rate is one order of magnitude higher than other literatures with high nitrate conversion and high selectivity of nitrogen. The carbon membrane itself had a limited catalytic property thus Cu-Pd bimetal catalysts were deposited inside the nano-pores to enhance the activity and selectivity. When Na2SO4 electrolyte was applied, the achieved single-pass removal of nitrate was increased from 55.15% (for blank membrane) to 97.12% by adding catalysts inside the membrane. In case of NaOH as the electrolyte, the single-pass nitrate removal efficiency, selectivity to nitrogen formation and nitrate removal rate was 90.66%, 96.40% and 1.47 × 10-3 mmol min-1 cm-2, respectively. Density functional theory studies demonstrate that the loading of bimetal catalysts compared with single metal catalysts enhances the adsorption of *NO3 on membrane surface favorable for N2 formation than NH3 on Cu-Pd surface. The application of catalytic carbon membrane nano-reactors can open new windows for nitrate removal due to the high reactor efficiency.
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