Electrochemical Ammonia Recovery from Anaerobic Centrate Using a Nickel-Functionalized Activated Carbon Membrane Electrode

活性炭 电化学 电极 无氧运动 化学 粉末活性炭处理 无机化学 环境化学 吸附 有机化学 医学 生物化学 生理学 物理化学
作者
Kyoung‐Yeol Kim,Daniel A. Moreno-Jimenez,Harry Efstathiadis
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:55 (11): 7674-7680 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acs.est.1c01703
摘要

Ammonia (NH3) recovery from used water (previously wastewater) is highly desirable to depart from fossil fuel-dependent NH3 production and curb nitrogen emission to the environment. Electrochemical NH3 recovery is promising since it can simply convert aqueous NH4+ to gaseous NH3 using cathodic reactions (OH– generation). However, the use of a separated electrode and membrane imposes high resistances to the cathodic reaction and NH3 transfer. This study examined an activated carbon (AC)-based membrane electrode functionalized with nickel to electrochemically recover NH3 from synthetic anaerobic centrate. The membrane electrode was fabricated using nickel-adsorbed AC powder and a polyvinylidene fluoride (PVDF) binder, and the PVDF membrane layer was formed at the electrode surface by phase inversion. The NH3-N recovery flux of 50.3 ± 0.4 gNH3-N/m2/d was produced at 17.1 A/m2 with a recovery solution at pH 7, and NH3-N fluxes and energy consumptions were improved as the recovery solution became acidic (62.2 ± 2.1 gNH3-N/m2/d with 16.0 ± 1.6 kWh/kgNH3-N at pH 2). Increasing PVDF loadings did not impact the electrochemical performances of the Ni/AC-PVDF electrode, but slightly lower (7%) NH3-N fluxes were obtained with higher PVDF loadings. Ni dissolution (3.7–6.0% loss) was affected by the recovery solution pH, but it did not impact the performances over the cycles.
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