文章简介
硝酸盐和氯离子转化为氨和氯气是重要的化学反应，硝酸盐和氯离子常见于工业废水，如离子交换盐水。传统的将硝酸盐转化为氨和将氯离子转化为氯气的过程分别存在一些问题，如使用离子选择性或交换膜来分离阴极和阳极会导致成本高和维护困难等。因此，开发一种无膜的同步生产和提取氨和氯的方法具有重要意义。
图文信息
选择金属铜和氧化钌作为硝酸还原反应(NO3RR)和氯析反应(CER)的模型电催化剂，因为它们对NO3 -和Cl -对NH3和Cl2的快速还原/氧化动力学。
图1:NH3和Cl2协同电合成分离的概念和验证。
图2 流动式无膜电解槽同步电合成分离NH3和Cl2的性能。
图3 |机理分析
图4 |叠流式无膜电解槽系统的可扩展电合成。
这项研究成功展示了一种利用无膜电解器从含硝酸盐和氯化物的废水中同时分离和回收氨气和氯气的方法。通过设计特殊的气体提取电极，实现了电合成与产物提取的耦合，避免了氨气和氯气之间的氧化还原反应导致的产品损失。研究人员对电极组件和电解器的性能进行了详细评估，并探究了反应机制，发现氯气对硝酸盐还原和氨气氧化过程有影响，且氨气和氯气同步分离至关重要。
在实际应用方面，使用由三个模块组成的堆叠式电解器系统处理实际的反渗透浓缩废水取得了良好效果，得到了高浓度的产品，同时废水中残留污染物符合排放规定。经济分析表明，该方法具有潜在的经济可行性。未来研究可进一步探索更多种类化学品的电合成和分离，以及对低浓度废水进行预浓缩处理和优化反应器或催化剂层设计等，以克服传质限制。这项研究为电合成平台的升级和废水资源的利用提供了新的思路和方法，具有重要的科学和应用价值。
论文：https://doi.org/10.1038/s41467-024-52830-4
