(a-b) SEM-bilder och (c) XRD-mönster för den elektroavsatta Cu2 O tunna filmer på ram av Cu-skum; (d) HRTEM-bild av den färdigberedda Cu2 O tunna filmer. Kredit:Tang Haibin
Enligt en artikel som nyligen publicerades i Chemical Communications , Prof. Meng Guowens grupp från Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) utvecklade ett effektivt elektrokatalytiskt material för att reducera nitrat i vatten till kvävgas, vilket ger ett lovande sätt att bryta ned kvävekoncentrationen i vatten.
"Detta material är en framgång för att förbättra selektiviteten för elektrokatalytisk reduktion av nitrat för N2 i vatten", säger biträdande professor Tang Haibin, som ledde studien.
Nitrat, en farlig vattenförorening, leder till vattenövergödning, vattenblomning och andra ekologiska och miljömässiga problem. Bland metoder och tekniker för borttagning av nitrat sticker den elektrokatalytiska reduktionsmetoden ut, eftersom den selektivt kan omvandla nitrat (NO3 - ) till ammonium (NH4 + ) eller kvävgas (N2 ), vilket effektivt kan minska koncentrationen av totalt kväve i vatten. Detta fenomen har tillämpningar för restaurering av eutrofierade vattenförekomster. Emellertid är de material som tidigare rapporterats, även om de har föredragen selektivitet och effektivitet gentemot ammoniak/ammonium, inte lämpliga för användning i praktiska vattenmiljöer som sjöar och floder.
I denna studie, en (111) preferentiellt orienterad kopparoxid (Cu2 O) film framställdes på ytan av ett poröst kopparskumramverk (Cu2). O@CF) genom elektrokemisk avsättning. På grund av den ledande porösa kopparskumramen kan kompositstrukturen lätt användas som en katod för elektrokatalytisk reduktion av nitrat. Resultaten visade att den katalytiska reduktionen av nitrat till N2 förbättrades avsevärt.
(a) Tidsberoende koncentrationsändring av NO3 --N, NEJ2 --N och NH4 + -N; (b) N2 -selektivitet och nitratavlägsnande effektivitet under reaktionsförhållandena:40 mg/L NO3 -, 0,05 M K2 SO4 , pH=11, applicerad potential på -1,4 V (mot Ag/AgCl). Kredit:Tang Haibin
"I alkalisk lösning är avlägsningshastigheten för nitrat 93 % och selektiviteten för N2 är 99%; och i neutral lösning var avlägsningshastigheten för nitrat 94,3 % och selektiviteten för N2 är 49,2 %", sa prof. Tang.
För att verifiera eventuell interferens av andra katjoner och anjoner i faktiskt vatten, utfördes elektrokatalytiska tester med användning av sjövatten från en lokal reservoar.
"Avlägsningsgraden nådde så hög som 91,1 % för nitrat och selektiviteten för N2 steg upp till 64,2 %", sa Tang, "båda var högre än vad vi hade förväntat oss."
(a) Tidsberoende koncentrationsutveckling av NO3 --N, NEJ2 --N och NH4 +-N; (b) N2 selektivitet och nitratavlägsnande effektivitet i tillsatt faktiskt vatten med reaktionsbetingelserna:40 mg/L NO3 -, 0,05 M K2 SO4 pH =7, applicerad potential på -1,4 V (mot Ag/AgCl). Kredit:Tang Haibin
Framställningen av katodmaterialet i denna studie är enkel, och det kan realisera hög selektivitet för kvävgas, vilket indikerar applikationspotentialen för Cu2 O vid elektrokatalytisk reduktion av nitrat till kvävgas.
Detta arbete ger värdefull referens för ytterligare design av stabila och effektiva elektrokatalytiska material för att avlägsna kväve från vatten, vilket är användbart för behandling och skydd av vattenekologisk miljö. + Utforska vidare
