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废水变“宝藏”!工程师揭示了如何将下水道的废水硫转化为有价值的材料
水处理科技 / 时间:2022-03-04 15:47:41

贤集网3月3日讯:一个人的废水是另一个人的财富。斯坦福大学(Stanford University)的一项新研究为在污水中开采有价值的肥料和电池材料铺平了道路,这些材料有朝一日可以为智能手机和飞机提供动力。该分析最近发表在ACS ES&T Engineering上,揭示了如何优化电力流程以转化硫污染,并有助于实现价格合理、可再生能源驱动的废水处理,从而产生饮用水。

“大家一直在寻找关闭化学制造过程循环的方法,硫是一种关键的元素循环,在有效地将硫污染物转化为肥料和电池组件等产品方面有改进的余地。”该研究的资深编辑、斯坦福大学化学工程助理教授威尔·塔佩(Will Tarpeh)说。

更好的解决方案

随着淡水供应的减少,尤其是在干旱地区,人们更加关注开发将废水转化为饮用水的技术。使用厌氧或无氧环境过滤废水的膜工艺尤其有希翼,因为它们需要的能量相对较少。然而,这些过程会产生硫化物,这是一种有毒、腐蚀性和恶臭的化合物。处理这一问题的策略,如化学氧化或使用某些化学品将硫转化为可分离固体,可能会产生副产品,并引发化学反应,腐蚀管道,使水更难消毒。

处理厌氧过滤产生的硫化物的一个诱人的解决方案是将硫化物转化为肥料和锂硫电池正极材料中使用的化学物质,但其机制仍不清楚。因此,Tarpeh和他的同事们开始阐明一种不产生化学副产品的低成本方法。

研究人员专注于电化学硫氧化,这需要低能量输入,并能够对最终硫产品进行微调控制。一些产品,如元素硫,可以沉积在电极上,减缓化学反应,而另一些产品,如硫酸盐,则很容易被捕获并重复使用。如果它能有效地工作,这个过程可以由可再生能源提供动力,并适应于处理从单个建筑物或整个城市收集的废水。

研究人员对扫描电化学显微镜进行了新的利用,这项技术有助于在反应器运行时对电极表面进行微观快照,研究人员量化了电化学硫氧化的每一步速率以及形成的产物的类型和数量。他们确定了硫回收的主要化学障碍,包括电极污染和最难转化的中间体。他们发现,除其他外,改变操作参数,如反应堆电压,可以促进从废水中回收低能硫。

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这些和其他见解阐明了能源效率、硫化物去除、硫酸盐生产和时间之间的权衡。研究人员用这些方法勾勒出一个框架,为未来电化学硫化物氧化过程的设计提供信息,该过程平衡能量输入、污染物去除和资源回收。展望未来,硫回收技术还可以与其他技术相结合,例如从废水中回收氮来生产硫酸铵肥料。Codiga资源回收中心是斯坦福大学校园内的一个试点规模的处理厂,它可能会在加速这些方法的未来设计和实施方面发挥重要作用。

“希翼这项研究将有助于加速采用同时缓解污染、回收宝贵资源和创造饮用水的技术。”该研究的主要编辑、斯坦福大学土木与环境工程博士生邵晓涵说。



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