Éachtaí Nua Déanta i dTeicneolaíocht Inbhuanaithe Chun Amóinia a Aisghabháil Ó Fhuíolluisce Leictriceimiceach Neamh-Scannán

I go leor gníomhaíochtaí táirgthe tionsclaíocha, mar shampla leictreaphlátála agus fótavoltach, gintear cuid mhór fuíolluisce atá saibhir i níotráit. Go ginearálta tá míbhuntáistí ag baint le modhanna traidisiúnta chun fuíolluisce níotráite a chóireáil, mar shampla criostalú galú agus cóireáil líonadh talún, amhail tomhaltas ardfhuinnimh, éifeachtacht íseal, agus claonadh i leith truaillithe tánaisteacha.

Ag an am céanna, tá an t-éileamh domhanda ar amóinia ag méadú i gcónaí. Mar leasachán, amhábhar ceimiceach, agus iompróir fuinnimh, tá ról ríthábhachtach ag amóinia sa talmhaíocht agus sa tionscal araon.

Sa chomhthéacs sin, tá sé ríthábhachtach agus práinneach go háirithe teicneolaíocht inbhuanaithe a fhorbairt a fhéadfaidh fuíolluisce níotráite a chóireáil i gceart agus amóinia a aisghabháil go héifeachtach.

Foilsíodh toradh taighde ar "aisghabháil amóinia ó fhuíolluisce saibhir níotráite ag baint úsáide as córas leictriceimiceach saor ó membrane" in Inbhuanaitheacht Dúlra.

Molann an staidéar seo córas leictriceimiceach saor ó membrane (ECSN) an-nuálach, a sholáthraíonn cur chuige agus modh nua chun fadhbanna cóireála fuíolluisce níotráite agus aisghabháil amóinia a réiteach.

Comhtháthaíonn an córas teicneolaíocht laghdaithe níotráite electrocatalytic (ENRR) go cliste isteach ann, ag baint amach go rathúil aistriú níotráite i bhfuíolluisce go clóiríd amóiniam ard-íonachta trí imoibrithe leictreoid ar leith agus dearadh próisis, agus laghdú sioncrónach níotráite agus aisghabháil amóinia a bhaint amach.

Is é ceann de na comhpháirteanna lárnacha den chóras an leictreoid oibre nicil copair (MPCN) maisithe le gloine mhiotalacha ullmhaithe ag baint úsáide as teicneolaíocht priontála 3D. Tá an próiseas ullmhúcháin leictreoid seo uathúil, ag baint úsáide as teicneolaíocht leá léasair roghnach chun struchtúir leictreoid a thógáil ciseal de réir ciseal.

Tá tréithe den scoth aige i ngnéithe éagsúla. Ó thaobh struchtúrach de, is féidir a thuiscint trí atógáil tomagrafaíocht ríomh X-gha go bhfuil porosity oiriúnach agus cosáin leictrilít deartha go cúramach, rud a chabhródh le hiompar imoibreoirí agus dul chun cinn iomlán imoibrithe.

I dtéarmaí airíonna ábhair, léiríonn patrúin díraonta X-gha agus torthaí scagtha Rietveld go bhfuil struchtúr criostalach maith aige, agus léiríonn íomhánna micreascópachta leictreon tarchurtha ardtaifigh gur struchtúr cóimhiotail nicil copair é an croí leictreoid, le sraith de mhiotalacha éagruthach. gloine a chlúdaíonn an dromchla.

Tá dlúthbhaint ag foirmiú an chiseal éagruthach seo le dáileadh teocht an limistéir dromchla agus inmheánacha le linn an phróisis priontála 3D. Cuireann an ráta fuaraithe réasúnta íseal ar an dromchla foirmiú struchtúir éagruthacha chun cinn, agus cuireann an ciseal éagruthach seo friotaíocht creimeadh den scoth don leictreoid, rud a ligeann dó oibriú go cobhsaí i dtimpeallachtaí casta fuíolluisce.

Ina theannta sin, comhtháthaíonn an córas ECSN aonad feannadh le cúnamh UV. Tá ról ríthábhachtach ag an aonad seo sa phróiseas leictriceimiceach. I gcórais leictriceimiceach traidisiúnta, tá seans maith go ndéanfar amóinia faoi imoibrithe ocsaídiúcháin tánaisteacha ag an anóid, rud a fhágann go laghdaítear ráta aisghabhála amóinia.

Is féidir leis an aonad stripping UV cúnamh a shochtadh go héifeachtach ocsaídiú amóinia ag an anóid. Trí ghníomhaíocht na radaíochta solais, athraítear an chothromaíocht cheimiceach agus an chinéitic imoibrithe sa chóras imoibrithe, rud a fhágann gur féidir amóinia a bhaint as an gcóras imoibrithe agus a aisghabháil ar bhealach níos éifeachtaí, rud a fheabhsóidh éifeachtacht aisghabhála amóinia an chórais iomláin go suntasach.

Léiríonn leictreoidí MPCN feidhmíocht den scoth i gcórais leictriceimiceach saor ó membrane. Sa phróiseas imoibrithe laghdaithe níotráite electrocatalytic (ENRR), rinneadh anailís iomlán ar a fheidhmíocht trí shraith modhanna turgnamhacha.

Léirigh turgnaimh speictreascópachta infridhearg Fourier (FTIR) ag féidearthachtaí éagsúla go bhfuil cumas asaithe maith ag an leictreoid MPCN do NÍL ∝⁻ agus go bhféadfaidh sé giniúint táirgí idirmheánacha a chur chun cinn go héifeachtach le linn an phróisis imoibrithe.

Taispeánann an taifead difreálach mais-speictriméadrachta leictriceimiceach (DEMS) go soiléir giniúint NO, NO ₂, agus NH3 le linn an phróisis imoibrithe, agus ó na sonraí seo, is féidir an próiseas imoibrithe agus cosán comhshó substaintí a rianú go cruinn.

Tá soiléiriú déanta ag taighde breise ar na céimeanna imoibrithe mionsonraithe ó NO ∝⁻ go NH ∝ trí chonair fuinnimh saor ó ENRR a ríomh, agus cinneadh gurb é tiontú NO go NOH an chéim rialaithe rátaí den imoibriú iomlán. Soláthraíonn an fionnachtain seo bunús teoiriciúil thar a bheith tábhachtach chun feidhmíocht leictreoid agus coinníollacha imoibrithe a bharrfheabhsú sa todhchaí.

Faoi choinníoll {{0}.5 V, tá ráta giniúna nítrigine NH3-leictreoid MPCN chomh hard le 0.94 mmol h ⁻¹ cm ⁻ ², agus sáraíonn éifeachtacht Faraday 93% . Léiríonn na sonraí seo go hiomlán feidhmíocht chatalaíoch éifeachtach leictreoid MPCN in imoibriú ENRR, ar féidir leis níotráit a thiontú go hamóinia go tapa agus go roghnach.

Thairis sin, taispeánann leictreoidí MPCN cobhsaíocht leictriceimiceach den scoth, atá in ann oibriú go leanúnach agus cobhsaí ar feadh níos mó ná 1000 uair an chloig ag dlús sruth tionsclaíoch de 200 mA cm ².

Rinneadh an toradh tástála cobhsaíochta fadtéarmach seo sa bhfuíolluisce saibhir níotráite iarbhír. Trí chomparáid a dhéanamh le leictreoidí eile cosúil le cúr Cu, cúr Ni, MFCN, etc., rinneadh an mheastóireacht ón íomhá optúil roimh agus tar éis an imoibrithe, comparáid speictrim Raman, chomh maith leis an athrú dlús muirir tar éis asaithe NÍL ₂ ⁻, rud a leag béim bhreise ar fheabhas agus ar iontaofacht leictreoid MPCN sa chás iarratais iarbhír.

Tá acmhainneacht iarratais láidir léirithe ag an gcóras ECSN agus éifeachtaí cóireála suntasacha maidir le cóireáil fuíolluisce leictreaphlátála iarbhír. Sa turgnamh cóireála ar fhuíolluisce leictreaphlátála iarbhír, d'éirigh leis an gcóras níos mó ná 70% de níotráit a thiontú go clóiríd amóiniam ard-íonachta. Tá baint amach an toraidh seo mar gheall ar éifeacht sineirgisteacha comhpháirteanna éagsúla sa chóras agus coinníollacha imoibrithe optamaithe go cúramach.

Ó thaobh dearadh foriomlán an chórais de, cuimsíonn sé cóimeáil réasúnach leictreoidí MPCN agus IrO ₂ - Ta ₂ O ₅/Ti, cill leictrealaíoch sreafa atá saindeartha, agus aonad le haghaidh stripping amóinia. Tá cosán taobh-imoibrithe an chomhshó amóinia go nítrigine le linn an phróisis imoibrithe ar cheann de na príomhfhachtóirí a dhéanann difear don ráta aisghabhála amóinia.

Déanann an córas ECSN imoibriú ocsaídiúcháin amóinia (AOR) a shochtadh go héifeachtach trí radaíocht éadrom. Ó na sonraí turgnamhacha, is féidir a fheiceáil go soiléir go bhfuil difríochtaí suntasacha ann maidir le héifeachtúlacht bhaint carbóin iomlán orgánach (TOC) agus roghnaíocht chomhshó NO ∝⁻ go NH3 faoi choinníoll radaíochta solais. Feabhsaíonn radaíocht éadrom go mór an ráta aisghabhála NH3.

I gcill leictrealaíoch sreafa tríothu, léirigh monatóireacht ar éagsúlacht fhéideartha an anóid IrO ₂ - Ta ₂ O ₅/Ti le himeacht ama gur chuir an próiseas stripping amóinia faoi chois AOR go héifeachtach, rud a chinntigh aisghabháil amóinia níos éifeachtaí.

I gcomparáid le cadhnraí tumoideachais traidisiúnta, léiríonn an córas ECSN buntáistí suntasacha freisin maidir le héifeachtúlacht bhaint NO ∝⁻. Cuireann a réimse sreabhadh uathúil agus dearadh réimse leictrigh, chomh maith leis an éifeacht sineirgisteacha idir comhpháirteanna éagsúla, ar chumas níotráite a laghdú agus a thiontú níos tapúla agus níos críochnúla, ag feabhsú go mór éifeachtúlacht agus cáilíocht na cóireála fuíolluisce, ag laghdú am cóireála agus costas, agus ag soláthar an réiteach éifeachtach agus indéanta do chóireáil fuíolluisce i dtáirgeadh tionsclaíoch iarbhír.

Léiríonn an anailís theicniúil agus eacnamaíoch chomh maith le hanailís saolré an chórais ECSN go bhfuil féidearthacht agus buntáistí suntasacha aige ó thaobh an gheilleagair agus an chomhshaoil ​​de.

I dtéarmaí anailís theicniúil agus eacnamaíoch, i gcomparáid leis an modh cóireála traidisiúnta EC SL, laghdaíonn an córas ECSN go suntasach an costas a bhaineann le cóireáil fuíolluisce NO ∝⁻ in aghaidh an mhéadair ciúbach. Tá sé seo curtha i leith go príomha ar a phróiseas imoibrithe éifeachtach, tomhaltas fuinnimh níos ísle, agus struchtúr córas réasúnta simplí.

I dtéarmaí costas ábhartha, cé go bhfuil an próiseas ullmhúcháin leictreoidí MPCN le haghaidh priontála 3D sách casta, laghdaíonn a fheidhmíocht den scoth agus a chobhsaíocht fhadtéarmach minicíocht athsholáthair leictreoid agus costais chothabhála. San fhadtréimhse, íslíonn sé an infheistíocht iomlán costais ábhartha. I dtéarmaí costais oibriúcháin, laghdaíonn ráta comhshó ard agus roghnaíocht an chórais tomhaltas fuinnimh agus úsáid imoibrithe ceimiceacha, ag laghdú costais oibriúcháin a thuilleadh.

I bhfeidhmiú iarbhír, laghdaíonn an méadú ar ráta aisghabhála amóinia costas cóireála amóinia ina dhiaidh sin agus na caillteanais eacnamaíocha de bharr caillteanas amóinia.

Ó thaobh an mheasúnaithe saolré (LCA), tá buntáistí suntasacha léirithe ag córais ECSN i gcatagóirí éagsúla tionchair timpeallachta. Maidir le hastaíochtaí gás ceaptha teasa, i gcomparáid le modhanna cóireála traidisiúnta, laghdaíodh a astaíochtaí go suntasach. Tá sé seo amhlaidh toisc go n-ídíonn an córas níos lú fuinnimh le linn oibriú agus go seachnaíonn sé astuithe gáis cheaptha teasa de bharr imoibrithe ceimiceacha i roinnt próiseas cóireála traidisiúnta.

Maidir le tocsaineacht talún agus uisceach, tá laghduithe suntasacha tugtha faoi deara mar gheall ar laghdú ar thruailliú tánaisteach agus cóireáil éifeachtach agus claochlú substaintí díobhálacha. Mar shampla, trí níotráit a thiontú go clóiríd amóiniam, seachnaítear carnadh níotráite sa chomhshaol agus truailliú comhlachtaí ithreach agus uisce. Ag an am céanna, is féidir clóiríd amóiniam a athchúrsáil freisin mar amhábhar ceimiceach luachmhar, ag feabhsú tuilleadh buntáistí comhshaoil ​​an chórais iomláin.

Ó thaobh an tsreafa ábhair de NÍL ∝⁻ athchúrsála agus táirgeadh NH ∝ ar fud an domhain, tá cumas feidhme tábhachtach ag an gcóras ECSN sa timthriall nítrigine domhanda. Féadann sé acmhainní níotráite dramhaíola a thiontú go héifeachtach in acmhainní amóinia úsáideacha, athchúrsáil acmhainní nítrigine a chur chun cinn, saothrú agus spleáchas ar fhoinsí nua nítrigine a laghdú, agus ról dearfach a bheith aige maidir le forbairt inbhuanaithe an timthriall nítrigine domhanda a chur chun cinn.