In-situ electrochemical upcycling ammonia from wastewater-level nitrate with a natural hematite electrode: Regulation, performance, and application

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作者
Xing Wu,Zhenhui Song,Zhigong Liu,Xi Tang,Fubing Yao,Feiping Zhao,Xiaobo Min,Chaobo Tang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:359: 124467-124467
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2024.124467
摘要

Electrochemical reduction of nitrate (NO3-RR) to ammonia (NH4+/NH3) offers promising prospects for NO3- treatment. However, this process still suffers from NH4+ causing secondary pollution and catalyst deactivation in high-concentration NO3- wastewater. Herein, a high-performance system comprising a hematite (α-Fe2O3) electrode and a water-resistant membrane achieved 97.6 % NO3- removal and 81.6 % NH4+ as (NH4)2SO4 in situ recovery at wastewater-level NO3-. The system exhibited an energy consumption of 62.2 kWh·KgNH3−1 and a Faradaic efficiency of 85.9 %. In-situ spectroscopy and electrochemical measurements revealed that α-Fe2O3 acted as both an electron transfer mediator for reducing NO3- to NO2- and an active center for NH3 formation via NO2-/Fe(Ⅱ) redox. Density functional theory calculations identified *HNO3 to *NO2 as potential-determining step of NO3-RR. Natural hematite-based system exhibited 74.8 % total inorganic nitrogen removal and 77.1 % NH4+ recovery for actual photovoltaic wastewater. This study provides insights into the development of electrochemical systems for resourcefully treating NO3--containing wastewater.
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