《攫取含氮污染物中化學能的電極製備及能量轉化機理》是依託浙江大學，由吳祖成擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：攫取含氮污染物中化學能的電極製備及能量轉化機理
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：吳祖成
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在通過電化學反應過程的產能技術，以尿素/銨鹽為燃料、硝化產物硝酸鹽為氧化劑組成氧化還原電池，研究處理城市廢水為背景的自產電脫氮。發展電化學多介質催化反應體系，製備新型隔膜裝置以實現簡易、高效、穩定的污染物氧化還原電對產電的電極體系。設計新型的酸-鹼混合電解液體系和合理的燃料電池型反應器，獲得最佳化的產電和污染物去除條件，以促進含氮污染物的電化學降解並提高功率密度。此外，通過對瞬態物的檢測和穩態中間產物分析，研究電催化的作用機理，構建電極特性與分子間激活的量效關係，進而建立新型的分析檢測體系和電極性能評價方法。為自產電修復技術擴展套用於其它有機或重金屬廢水提供基礎依據，為污染物處理中的節能減排提供技術支撐。
結題摘要
在水溶液反應體系中，陽極上以尿素、氨等含氮化合物或醇、糖、酚有機物為“燃料”在電催化下的直接氧化產電；陰極上氧氣、高價態金屬/重金屬離子、含氧酸如重鉻鹽等電子接受體還原形成了完整的燃料電池體系。課題驗證了在納米金屬粒子為電催化的陰陽電極上的反應行為和污染物燃料的轉化、歸宿關係。這種新型的液相燃料電池技術能將含氫化合物中化學能以電能方式得以提取、對貴重金屬進行自產能回收、還原重金屬以降低毒性或脫除。 課題構建了電化學反應多介質體系、發展了新型隔膜裝置、探索了無隔膜的微流控電池體系，為各類電池反應器的設計、製作和測試提供了一種新的手段和方法。通過現代譜學技術如拉曼技術對瞬態活性物和穩態中間產物的檢測進行界定，釐清了催化反應轉化的結構特徵和電催化本質關係，從而在分子水平上理解其作用機制。 課題完成了鎳基高催化活性電極製備及篩選工作，完成和製作了電池反應器並對其進行調試，獲得了各類最佳化操作條件和其對產電效率的影響及作用規律。藉助水熱法、沉積法等先進手段，通過過程控制在碳纖維布、泡沫鎳、碳海綿、碳納米管上修飾催化物種，包覆納米金屬顆粒和功能化，形成以納米須、納米杯、納米線、納米中空球的微觀尺度和結構的催化電極。雙金屬和多金屬摻雜，Ni-Co、Ni-Cu、Ni-Fe、Ni-Mn、Ni-Au、Ni-Ag、Ni-Co-Au、Ni-Ce-Ag過渡金屬作了系統的研究，建立摻雜與導電關係、界定產電與直接發生化學反應關係。 本研究在ChemSusChem等雜誌上發表了10餘篇研究論文，培養了2名青年人才、3名博士/碩士研究生。課題在研究過程中與國內外同行建立了良好的合作研究關係、共同發表學術論文和開展套用研究工作。 開展了液相燃料電池的實際套用試驗，認證了該技術是廢物能源化和化學儲能的新技術、新工藝，為廢水電化學反應轉化化學能源和為大規模的廢水處理與能源化利用提供了技術途徑。
