Accelerating Phosphate Transport Across Membranes via Synergistic Chemical‐Electrochemical Carriers

磷酸盐 化学 化学工程 渗透 降水 纳米颗粒 资源回收 膜转运 纳米技术 离子运输机 电化学 离子 材料科学 结晶
作者
Lei Xia,Yangbo Qiu,Qingzhi Liu,Mengjiao Guan,Xi Zhang,Raf Dewil,Jin Shang,Yan Zhao,Bart Van der Bruggen,Chuyang Y. Tang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/ange.4185923
摘要

ABSTRACT Efficient phosphate recovery from phosphate‐containing wastewater presents a dual opportunity to mitigate environmental pollution and secure nutrient supply for agriculture. Among many recovery methods, electro‐membrane crystallization (e‐MC) is a promising strategy for sustainable phosphate recovery, yet the low phosphate throughput of conventional electro‐driven membranes constrains its efficacy. Here, we propose an ion carrier‐to‐carrier hopping transport principle and introduce a nanostructured electro‐driven carrier‐conducting membrane (e‐CCM) engineered with monodispersed electro‐ferrihydrite nanoparticles as a built‐in phosphate carrier. This membrane architecture establishes a coordination environment where ≡FeOH acts as transient phosphate binding sites, and the applied electric field promotes directional phosphate migration, thereby accelerating phosphate permeation. Operated at 5 mA cm −2 , the resulting e‐CCM membrane achieves a phosphate permeation rate of 0.92 mol m −2 h −1 and a recovery rate of 98.8%, outperforming state‐of‐the‐art ion exchange membranes. We further demonstrate scalability by integrating the e‐CCM membrane in e‐MC for processing simulated urine, achieving 93.6% phosphate recovery and the precipitation of high‐purity struvite. This work pioneers a hypothesis of carrier‐conducting construction that synergizes membrane electrochemical transport with chemical affinity, establishing a scalable and energy‐efficient pathway to close the phosphorus loop and advance circular resource economies.
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