研究证明硝酸盐污染物能高效地转化为氨

硝酸盐径流问题是致癌物的来源，也是美国水道中令人窒息的藻类大量繁殖的一个原因，它可能并不全是悲观和厄运。伊利诺伊大学香槟分校领导的一项新研究展示了一种在单个电化学电池中集成捕获硝酸盐污染水并将其转化为有价值的氨的方法。

这项由化学和生物分子工程教授苏晓指导的研究展示了一种装置，该装置能够将硝酸盐浓度提高八倍，与之前的硝酸盐制氨相比，铵的生产率提高了24倍，能源效率提高了十倍以上电催化方法。

“通过将分离与反应相结合，我们克服了以前直接从地下水中生产氨的局限性，地下水的硝酸盐浓度非常低，从而使转化步骤效率低下，”苏说。

研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

“这项研究的目标是在农业径流进入我们的水道之前，使用尽可能少的能量去除硝酸盐，并将其转化回肥料或作为化学原料出售，”苏说。“因此，我们的技术可以对废物处理、可持续化学生产和推进脱碳产生影响。我们希望为氮循环带来更大的循环性。”

该团队开发了一种独特的双功能电极，可以从水流中分离和浓缩硝酸盐，同时使用纯电化学控制在单个单元中转化为氨。“双功能电极将捕获硝酸盐的氧化还原聚合物吸附剂与驱动电催化转化为铵的钴基催化剂结合在一起，”苏说。

研究人员说，该系统在实验室使用从伊利诺伊州研究农田周围的排水地砖收集的农业径流进行了测试，以评估该技术在现实条件下的潜力。

“这是一个非常高效的捕获和转换平台，占地面积小，”苏说。“我们不需要单独的电化学电池来进行水处理和铵生产，也不需要添加额外的化学品或溶剂。相反，我们设想将一个模块直接安装在农田上，并使用电催化过程和小型太阳能电池板产生的电力运行。”

该团队表示，其下一个目标是开发用于该设备的更具选择性的材料，以实现更高的硝酸盐去除率并加速向氨的转化——同时设计更大规模的系统以在该领域进行实际部署。

KwiyongKim是该研究的第一作者，Su小组的JaeyoungHong和JingLianNg也做出了贡献。这项工作是与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的TuanAnhPham以及内布拉斯加大学的AlexandraZagalskaya和VitalyAlexandrov合作完成的。

苏还隶属于贝克曼高级科学技术研究所，同时也是伊利诺伊州土木与环境工程教授。