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新疆理化所在廢水和可持續(xù)產(chǎn)氫方面取得進(jìn)展
作者:官方 來源:新疆理化技術(shù)研究所 所屬欄目:科技創(chuàng)新 發(fā)布時(shí)間:2022-10-19 10:55
[ 導(dǎo)讀 ]全球人口、經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展導(dǎo)致了全球能源需求的增加,并造成了更多的空氣和水資源污染。在許多能源中,氫氣(H2)單位重...

全球人口、經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展導(dǎo)致了全球能源需求的增加,并造成了更多的空氣和水資源污染。在許多能源中,氫氣(H2)單位重量的能量含量高(142 kJ g-1或61,000 Btu lb-1)成為未來理想的綠色燃料,過去從不可再生資源(化石燃料)中制取氫氣對環(huán)境不友好。

因此,亟需探索H2產(chǎn)量更高的清潔技術(shù),以適應(yīng)全球碳排放標(biāo)準(zhǔn)的合理期望。

微生物電解池(MECs)由電化學(xué)活性細(xì)菌從有機(jī)污染物中提取的電子(e-)被轉(zhuǎn)移到正極(陽極),而質(zhì)子(H+)被釋放到水溶液中。e-遷移到正極并隨后與H+反應(yīng)產(chǎn)生H2的清潔方法在處理棕櫚油廠廢水(POME)中得到關(guān)注。

然而,這個(gè)過程必須是外部能量-直流電(DC)或交流電(AC)不斷生產(chǎn)氫氣。由于缺乏可靠的能源供應(yīng)來源,MECs隨著時(shí)間的推移,其性能不斷惡化,進(jìn)一步的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。尋找合適傳統(tǒng)電源的替代方法來減少輸入能量,同時(shí)由于其可擴(kuò)展性,具有很大的前景,從而引起國內(nèi)外研究人員的興趣。

中國科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究分離材料與技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)和馬來西亞國立大學(xué)合作,在前期研究(Int. J. Hydrogen Energy. 2022, 47, 15464-15479)的基礎(chǔ)上,建立了新型與可再生能源發(fā)電系統(tǒng),以改善微生物電解池(MEC)處理棕櫚油廠廢水(POME)的效果,解決了MEC技術(shù)能耗問題。

為了實(shí)現(xiàn)能源可再生,科研人員將微型水力發(fā)電機(jī)(PHP)與單室的MECs結(jié)合起來,提高了系統(tǒng)的電流密度(113 A/m3)和產(chǎn)氫速率(1.16 m3 H2/m3 d)

同時(shí),棕櫚油廠廢水(POME)中有機(jī)物去除率達(dá)到73%,比單室MECs有機(jī)物的去除表現(xiàn)出更好的性能。相對高效的H2回收率(r H2=78%)和庫侖效率(CE=57%)證實(shí)了從POME有機(jī)物中去除高比例的電子,以產(chǎn)生大于96%純度H2的可能性。MEC滋養(yǎng)了POME廢水降解微生物群體,刺激陽極生物膜中電活性微生物的生長,促使H2的快速生成。

目前為止,PHP-MEC整體的H2回收率,COD去除率和能源效率均優(yōu)于其他外部可再生能源驅(qū)動(dòng)的MECs。它在可持續(xù)解決含油廢水方面具有巨大的潛力,為設(shè)計(jì)有效的生物策略從復(fù)雜的工業(yè)廢水中回收能源提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。

在《國際氫能雜志》(International Journal of Hydrogen Energy)上發(fā)表了相關(guān)科研成果。研究工作得到了中國科學(xué)院和馬來西亞國立大學(xué)的支持。

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