Sudaki aşırı nitratın insan üretkenliği ve yaşamı üzerindeki olumsuz etkileri, endüstriyel atık su deşarjı ve tarım arazilerinde aşırı gübre kullanımı nedeniyle giderek daha fazla dikkat çekmektedir. Uluslararası bir araştırma ekibi, nitratın etkin bir şekilde giderilmesine yönelik önemli ihtiyaç ve zorluklar üzerine derinlemesine bir çalışma yürütmüştür.
Nitratı sudan uzaklaştırmak için çeşitli teknikler kullanılmıştır. Örneğin biyolojik denitrifikasyon teknolojik olarak gelişmiş, uygun maliyetli ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak biyolojik süreçler genellikle yavaş ilerlemekte, sıcaklık ve karbon kaynaklarının mevcudiyeti gibi değişken çevresel koşullardan kolayca etkilenmektedir. Araştırmacılar, elektrokatalitik teknolojinin nitrat giderimi için umut verici bir yöntem olduğunu çünkü hiçbir kimyasala ihtiyaç duyulmadığını, tortu üretilmediğini ve metodolojinin uygulanmasının uygun olduğunu öne sürdüler.
Şu anda elektrokatalitik nitrat indirgemesi için kullanılan elektrotların çoğu, kütle transferinin güçlü bir şekilde sınırlandırıldığı paralel plakalı reaktörlerde uygulanan geleneksel plaka katotlardır. Sonuç olarak, genel elektrokatalitik nitrat indirgeme oranı düşmektedir. Nitrat indirgemesi için yeni reaktif elektrokimyasal membranlar (REM’ler) daha önce rapor edilmişti ancak önerilen bu malzemeler için sentetik süreçlerin karmaşık olması ve yüksek hazırlama maliyeti REM’lerin pratik uygulamasını engelledi.
Bu engelleri aşmak için Çin Minzu Üniversitesi ve Wuhan Üniversitesi’nden araştırmacılar, elektrodepozisyon yöntemiyle Pd-Cu modifiye karbon nanotüp membran hazırladılar ve nitratı bir akışkan elektrokimyasal reaktörde indirgemek için kullandılar.
Çalışmaları, 1:1 Pd:Cu oranı ile elde edilen membranın nispeten yüksek bir nitrat giderme verimliliği ve N2 seçiciliği sergilediğini ortaya koymaktadır. “Electrocatalytic reduction of nitrate using Pd-Cu modified carbon nanotube membranes” başlıklı bu çalışma Frontiers of Environmental Science & Engineering dergisinde çevrimiçi olarak yayınlanmıştır.
Bu çalışmada araştırma ekibi, nitrat indirgenmesi sırasında kütle transferi sorununun üstesinden gelmek için poliviniliden florür (PVDF) substrat üzerinde yeni bir Pd-Cu modifiye karbon nanotüp membran katot üretti.
Başlangıçta, akış modunda elektrokatalitik nitrat indirgemesi için en uygun potansiyeli belirlemek amacıyla, nitrat indirgemesi -2.0 ila -0.4 V arasında değişen farklı potansiyellere sahip Pd-Cu modifiye CNT (karbon nanotüp) membranlarla gerçekleştirilmiştir. Ekip, farklı çözeltilerdeki CNT membranlar için doğrusal tarama voltametri sonuçlarına göre, Pd ve Cu’nun kodpozisyonu için optimum potansiyel ve sürenin sırasıyla -0.7 V ve 5 dakika olduğunu kaydetti.
Ekibin incelediği ikinci soru, Pd-Cu molar oranının ve elektrot potansiyelinin nitrat giderimi üzerindeki etkisiydi. Ekip, 1:1 Pd:Cu oranıyla elde edilen membranın nispeten yüksek bir nitrat giderme verimliliği ve N2 seçiciliği sergilediğini kaydetti.
Nitrat, -1.2 V’tan daha düşük potansiyellerde membran tarafından neredeyse tamamen indirgenmiştir (~%99). Bununla birlikte, -0,8 V hem nitrat giderme verimliliği hem de ürün seçiciliği açısından nitrat indirgemesi için en uygun potansiyeldir. Nitrat giderme verimliliği %56.2 ve N2 seçiciliği -0.8 V’ta çalıştırılan Pd : Cu=1:1 membran için %23.8 idi.
Ekibin araştırdığı üçüncü soru ise çözelti koşullarının etkisiydi. Asidik koşullar altında nitrat gideriminin arttığını, N2 seçiciliğinin ise azaldığını belirtmişlerdir. Cl- iyonları ve çözünmüş oksijen konsantrasyonları nitrat indirgenmesi üzerinde çok az etki göstermiştir.
Buna ek olarak ekip, akış işleminin kütle aktarımı üzerindeki etkisini göstermek için membran akısının nitrat indirgenmesi üzerindeki etkisini değerlendirmiş ve farklı membran akılarında kütle aktarım hızı sabitlerini hesaplamıştır.
Kütle aktarım hızı sabitinin 1 L/(m^2.h) membran akısında 1,14 × 10^3 m/h’den 15 L/(m^2.h) membran akısında 8,71 × 10^3 m/h’ye 6.6 kat arttığını ve bunun da nitrat giderim hızında 13,6’dan 133.5 mg/(m^2-h)’ye önemli bir artışla sonuçlandığını belirtmişlerdir.
Pd-Cu modifiye CNT membranlar elektrodepozisyon yöntemiyle başarılı bir şekilde hazırlanmış ve bu çalışmada nitratı azaltmak için bir akış elektrokatalitik sistem oluşturulmuştur. Bu teknoloji, etkili nitrat azaltımı için geniş uygulama olanaklarına sahiptir ve pratikte daha fazla modifikasyona değerdir. [1]Carbon nanotube membranes with Pd-Cu modification successfully reduce nitrate levels via electrocatalysis[2]Öne çıkarılan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
