Redução eletrocatalítica eficiente de nitrato em nitrogênio:maneira promissora de remover nitrogênio da água
(a-b) imagens SEM e (c) padrão XRD do Cu2 eletrodepositado O filmes finos sobre moldura de espuma de Cu; (d) imagem HRTEM do Cu2 conforme preparado Ó filmes finos. Crédito:Tang Haibin
De acordo com um artigo publicado recentemente em
Chemical Communications , o grupo do Prof. Meng Guowen dos Institutos Hefei de Ciências Físicas (HFIPS) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) desenvolveu um material eletrocatalítico eficiente para reduzir o nitrato na água a gás nitrogênio, fornecendo uma maneira promissora de degradar a concentração de nitrogênio na água.
"Este material é um sucesso em melhorar a seletividade da redução eletrocatalítica de nitrato para N
2 na água", disse o professor associado Tang Haibin, que liderou o estudo.
O nitrato, um perigoso poluente da água, leva à eutrofização da água, floração da água e outros problemas ecológicos e ambientais. Dentre os métodos e tecnologias de remoção de nitrato, destaca-se o método de redução eletrocatalítica, que pode converter seletivamente o nitrato (NO
3
-
) em amônio (NH
4
+
) ou gás nitrogênio (N
2 ), o que pode efetivamente reduzir a concentração de nitrogênio total na água. Este fenômeno tem aplicações para restauração de corpos d'água eutrofizados. No entanto, os materiais relatados anteriormente, embora com seletividade e eficiência preferencial em relação à amônia/amônia, não são adequados para aplicação em ambientes aquáticos práticos, como lagos e rios.
Neste estudo, um (111) óxido de cobre orientado preferencialmente (Cu
2 O) foi preparado na superfície de uma estrutura de espuma de cobre porosa (Cu
2 O@CF) por deposição eletroquímica. Devido à estrutura de espuma de cobre porosa condutora, a estrutura composta pode ser facilmente usada como cátodo para redução eletrocatalítica de nitrato. Os resultados mostraram que a redução catalítica de nitrato a N
2 foi significativamente melhorado.
(a) Mudança de concentração dependente do tempo de NO3 --N, NÃO2 --N e NH4
+
-N; (b) N2 -seletividade e eficiência de remoção de nitrato nas condições de reação:40 mg/L NO3 -, 0,05 M K2 SO4 , pH=11, potencial aplicado de -1,4 V (vs. Ag/AgCl). Crédito:Tang Haibin
"Em solução alcalina, a taxa de remoção de nitrato é de 93% e a seletividade de N
2 é 99%; e em solução neutra, a taxa de remoção de nitrato foi de 94,3% e a seletividade de N
2 é de 49,2%", disse o Prof. Tang.
Para verificar a possível interferência de outros cátions e ânions na água real, foram realizados testes eletrocatalíticos utilizando água de lago de um reservatório local.
"A taxa de remoção chegou a 91,1% para nitrato e a seletividade para N
2 subiu para 64,2%", disse Tang, "ambos foram superiores ao que esperávamos".
(a) Evolução da concentração de NO3 dependente do tempo --N, NÃO2 --N e NH4 +-N; (b) o N2 seletividade e eficiência de remoção de nitrato em água real enriquecida com as condições de reação:40 mg/L NO3 -, 0,05 M K2 SO4 , pH =7, potencial aplicado de -1,4 V (vs. Ag/AgCl). Crédito:Tang Haibin
A preparação do material catódico neste estudo é simples, e pode realizar alta seletividade para gás nitrogênio, indicando o potencial de aplicação de Cu
2 O na redução eletrocatalítica de nitrato a nitrogênio gasoso.
Este trabalho fornece uma referência valiosa para outros projetos de materiais eletrocatalíticos estáveis e eficientes para remover nitrogênio da água, o que é útil para o tratamento e proteção do ambiente ecológico da água.
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