Name: Elettrochimica e Bioelectrochemically indotta recupero di ammonio (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-01-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 50 s
Description: Scopri il recupero elettrochimico e bioelettrochimico dell'ammonio da reflui azotati. Questo metodo utilizza membrane a scambio ionico per estrarre nutrienti in forma pura, offrendo un'alternativa sostenibile al trattamento convenzionale delle acque reflue.

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Questo lavoro è stato supportato dalla sovvenzione BOF per SG dell'Università di Gand. AL è supportato dalla Rutgers University NSF Fuels-IGERT. SA è supportato dal progetto del Programma Quadro 7 dell'Unione Europea "ProEthanol 2G". SA e KR sono supportati dalla Ghent University Multidisciplinary Research Partnership (MRP) – Biotecnologie per un'economia sostenibile (01 MRA 510W). JD è supportato da una sovvenzione IOF Advanced (F2012/IOF-Advanced/094). KR è supportata dallo Starter Grant dell'ERC "Electrotalk". Gli autori ringraziano Tim Lacoere per aver progettato la figura artistica TOC, Robin Declerck per aver costruito la striscia e le colonne di assorbimento e Kun Guo per aver fornito la fonte dell'inoculo.

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</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Questo manoscritto fornisce gli strumenti necessari per creare una bioelectrochemical e una cella elettrochimica per il recupero di ammonio. I calcoli presentati nella sezione risultati forniscono i parametri per la valutazione delle prestazioni del sistema. I sistemi biologici e elettrochimici sono simili nella configurazione e la funzione. La differenza principale tra i due sistemi è la scelta di una corrente fissa per la cella elettrochimica contro un potenziale anodico fisso per l&#39;installazione bioelectrochemica...

Recupero dei prodotti preziosi acque reflue guadagni importanza come preziose risorse diventano scarse e il trattamento senza recupero rappresenta solo un costo. Wastewater contiene sia l&#39;energia e sostanze nutritive che possono essere recuperati, e il recupero di nutrienti può aiutare a chiudere il ciclo di produzione 1. Recupero di energia attraverso la digestione anaerobica è un processo ben consolidata, mentre il recupero dei nutrienti è meno comune. Recupero delle sostanze nutritive da flussi di rifiuti liquidi, come urine e letame è stato ampiamente studiato, ad esempio, attraverso la produzione di struvite e sverniciatura diretta di ammoniaca 2,3. Tuttavia, la necessità di aggiunta chimico è un inconveniente di questi processi 4. Presentiamo qui una tecnica per il recupero dei nutrienti cationici da flussi di rifiuti, compresi sia potassio e ammonio. La forma cationica di questi nutrienti permette ripristino tramite una membrana selettiva di ioni in un sistema elettrochimico. In questo caso, il electrochemicSistema al costituito da una camera di anodo (dove ossidazione avviene), una camera di catodo (dove la riduzione avviene) e una membrana selettiva di ioni per separare i compartimenti. Una tensione viene applicata attraverso la cella per produrre un flusso di corrente dall&#39;anodo al catodo. Questa tensione può essere generato da una sorgente di alimentazione esterna per guidare ossidazione dell&#39;acqua e reazioni di riduzione. In alternativa l&#39;ossidazione anodica, ad esempio, di sostanze organiche, può essere catalizzata da batteri elettroattivi, richiedono meno potenza. Per chiudere il circuito e mantenere l&#39;equilibrio di carica, una specie cariche devono migrare tra gli elettrodi per ogni elettrone generato. Trasporto ammonio dalla camera di anodo alla camera catodo attraverso una membrana a scambio cationico (CEM) può così compensare il flusso di elettroni 4,5. La tecnica qui presentata non solo rimuove ammonio da flussi di rifiuti, ma consente anche il recupero. Totale azoto ammoniacale (TAN) esiste in equilibrio sia ammonium (NH 4 +) e ammoniaca (NH 3), e dipende dal pH e dalla temperatura 6. NH 4 + è abbondantemente disponibile a causa dell&#39;alta concentrazione TAN e vicino pH neutro nella camera di anodo e questa specie cariche positivamente possono dunque essere guidato dalla corrente attraverso il CEM nella camera catodo. La corrente spinge la riduzione di acqua al catodo, che porta alla produzione di ioni idrossido e gas idrogeno. L&#39;equilibrio TAN sposta a quasi il 100% di NH 3 a causa del pH elevato nella camera catodo (&gt; 10.0). NH 3 è un gas che può essere facilmente trasferito tramite circolazione dell&#39;aria dall&#39;unità di stripping alla colonna di assorbimento in cui è intrappolato e concentrata in una soluzione acida. Questa tecnologia ha il potenziale per ridurre la tossicità ammonio durante la digestione anaerobica dei flussi ricchi di N come concime, aumentando così il recupero di energia da tali flussi di rifiuti, mentre simultaneamentenutrienti recupero 4. Estrazione elettrochimica e bioelectrochemical di ammonio può anche essere applicato come tecnica di recupero nutrienti sui flussi di rifiuti ad alto contenuto TAN come urina evitando così i costi per la rimozione dei nutrienti in un impianto di trattamento 7. Il protocollo presentato qui può servire come base per molti diversi esperimenti elettrochimici e bioelectrochemical, come si usa un reattore modulare. Diversi tipi di elettrodi, membrane e spessori del telaio possono essere combinati come spiegato nel protocollo di seguito. Lo scopo principale del protocollo è quello di fornire un mezzo per il confronto del recupero ammonio elettrochimica e recupero ammonio bio-elettrochimica utilizzando una cella di elettrolisi. I sistemi sono valutati in termini di efficienza di estrazione, potenza e riproducibilità.

<table><tbody><tr><td>Feltro di carbonio 3,18 mm di spessore</td><td>Alfa Aesar</td><td>ALFA43199</td><td>utilizzato come bioanodo, 110&nbsp; mm x 110&nbsp; Elettrodo mm</td></tr><tr><td>Ti rivestito con Ir MMO&nbsp;</td><td>Magneto Special Anodes (Paesi Bassi)</td><td></td><td>Utilizzato come anodo stabile per test elettrochimici</td></tr><tr><td>Rete in acciaio inossidabile</td><td>Solana (Belgio)</td><td>RVS 554/64: materiale AISI 316L, larghezza della maglia: 564 micron, spessore del filo: 140 micron, numero di maglia: 36,6</td><td>Utilizzato come catodo, 110&nbsp; mm x 110&nbsp; mm</td></tr><tr><td>Piastra in acciaio inox</td><td>Solana (Belgio)</td><td>inox 304 foglio, spessore: 0,5 mm</td><td>Utilizzato come collettore di corrente per il bioanodo</td></tr><tr><td>Ag/AgCl Elettrodo di riferimento</td><td>Bio-Logic (Francia)</td><td>A-012167 RE-1B</td><td></td></tr><tr><td>Potenziostato (VSP Multipotenziostato)&nbsp;</td><td>Bio-Logic (Francia)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>EC Lab</td><td>Bio-Logic (Francia)</td><td></td><td>software per l'esecuzione di misure elettrochimiche</td></tr><tr><td>Membrana a scambio cationico</td><td>Membranes International (USA)</td><td>Ultrex CMI-7000</td><td>Pretrattato secondo le istruzioni del produttore</td></tr><tr><td>Turbulence Promotor mesh</td><td>ElectroCell Europe A/S (Tarm, Danimarca)</td><td>EPC20432-PP-2</td><td>materiale distanziatore, 110 mm x 110 mm</td></tr><tr><td>Connettori</td><td>Serto</td><td>1.281.161.120</td><td>Altre dimensioni possibili, a seconda del tipo di tubo e delle dimensioni dei fori nei telai</td></tr><tr><td>Striscia e colonna</td><td></td><td></td> di assorbimento <td>Design interno</td></tr><tr><td>Tubi</td><td>Masterflex</td><td>HV-06404-16</td><td></td></tr><tr><td>Sacca del gas</td><td>Keika Ventures</td><td></td><td>Kynar con valvola Roberts</td></tr><tr><td>Rashig Rings</td><td>Glasatelier Saillart ( Belgio)</td><td>Anelli Raschig 4 x 4 mm</td><td>Inserire all'interno la striscia e la colonna di assorbimento per migliorare il contatto aria/liquido. Disponibile presso molti fornitori</td></tr><tr><td>Foglio</td><td></td><td></td> di gomma <td>Tagliato per adattarsi ai telai in perspex Telai del</td></tr><tr><td>reattore in perspex</td><td>Vlaeminck, Beernem</td><td></td><td>Design interno, vedere la scheda "Telai del reattore" in questo file</td></tr></tbody></table>

elettrochimica e bioelectrochemically indotta recupero di ammonio

Electrochemically and Bioelectrochemically Induced Ammonium Recovery

I flussi come l'urina e il letame possono contenere alti livelli di ammonio, che potrebbe essere recuperato per essere riutilizzato in agricoltura o in chimica. L'estrazione dell'ammonio da un flusso ricco di ammonio è dimostrata utilizzando un sistema elettrochimico e uno bioelettrochimico. Entrambi i sistemi sono controllati da un potenziostato per fissare la corrente (per la cella elettrochimica) o per fissare il potenziale dell'elettrodo di lavoro (per la cella bioelettrochimica). Nella cella bioelettrochimica, i batteri elettroattivi catalizzano la reazione anodica, mentre nella cella elettrochimica il potenziostato applica una tensione più alta per produrre corrente. La corrente e il conseguente ripristino dell'equilibrio di carica attraverso la cella consentono il trasporto di cationi, come l'ammonio, attraverso una membrana di scambio cationico dall'anolita al catolita. L'elevato pH del catolita porta alla formazione di ammoniaca, che può essere rimossa dal mezzo e catturata in una soluzione acida, consentendo così il recupero di un prezioso nutriente. Il flusso di ammonio attraverso la membrana è caratterizzato da diverse concentrazioni e correnti di ammonio anolitico sia per i sistemi di reattori abiotici che biotici. Entrambi i sistemi vengono confrontati in base alle efficienze di corrente e di rimozione dell'ammonio, nonché all'input di energia richiesto per guidare il trasferimento dell'ammonio attraverso la membrana a scambio cationico. Infine, viene effettuata un'analisi comparativa che considera aspetti chiave come l'affidabilità, il costo dell'elettrodo e la velocità.
Questo articolo video e il protocollo forniscono le informazioni necessarie per condurre esperimenti elettrochimici e bioelettrochimici di recupero dell'ammoniaca. Viene spiegata la configurazione del reattore per i due casi, così come il funzionamento del reattore. Elaboriamo l'analisi dei dati per entrambi i tipi di reattori e i vantaggi e gli svantaggi dei sistemi bioelettrochimici ed elettrochimici.

Cronoamperometria deriva dalla bioreattore I risultati cronoamperometria, calcolata secondo l&#39;equazione 1, mostrano un grafico tipico per un reattore continuo (figura 4). All&#39;inizio dell&#39;esperimento, l&#39;anodo e il catodo sono gestiti in modalità ricircolo. Questo permette un biofilm di sviluppare e l&#39;inizio della produzione corrente. Dopo 5 giorni di funzionamento, la densità di corrente ha raggiunto un massimo, seguito da una diminuzione ...

Dimostriamo l'estrazione di ammonio da un flusso ricco di ammonio utilizzando un sistema elettrochimico e uno bioelettrochimico. Vengono discussi la configurazione del reattore, il funzionamento e l'analisi dei dati.

Elettrochimica e Bioelectrochemically indotta recupero di ammonio

Streams such as urine and manure can contain high levels of ammonium, which could be recovered for reuse in agriculture or chemistry. The extraction of ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di studiare il recupero di nutrienti da corsi d'acqua ricchi di azoto utilizzando un approccio elettrochimico o bioelettrochimico. Il primo approccio si ottiene facendo passare il flusso attraverso un sistema elettrochimico, che dopo l'ossidazione dell'acqua crea una forza motrice che può essere utilizzata per flusare la carica di ammonio dal lato dell'anodo attraverso una membrana a scambio ionico fino al lato del catodo. In una seconda fase, l'elevato pH sul lato del catodo provoca la conversione dell'ammonio in ammoniaca volatile.L'elevato livello di selettività della membrana a scambio ionico consente la creazione di un flusso di idrogeno di ammoniaca pura. Successivamente, il catho viene fatto circolare attraverso una colonna di strippaggio e assorbimento per intrappolare l'ammoniaca in un mezzo acido. L'estrazione elettrochimica può essere guidata anche da processi bioelettrochimici, dove lo sviluppo di un biofilm sull'anodo consente la conversione delle sostanze organiche presenti nel flusso di rifiuti in anidride carbonica, protoni ed elettroni.Questo, ancora una volta, guiderà un flusso di ammonio dall'anodo al catodo.

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Fonte: Okamoto, A., et al. Installazione elettrochimica autonoma per arricchire i batteri che respirano anodi in loco. J. Vis. Esp. (2018)Questo video dimostra l'uso di un sistema elettrochimico in loco per arricchire i batteri che respirano anodi (ARB) da serbatoi naturali. Un gradiente redox si stabilisce posizionando l'anodo in acque profonde prive di ossigeno e il catodo in acque superficiali ricche di ossigeno. Gli ARB formano biofilm e trasferiscono elettroni all'anodo, che scorre verso...

Arricchimento di batteri anodi-respiranti tramite un sistema elettrochimico in loco

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Membrane a scambio ionica per la fabbricazione di dispositivi di elettrodialisi inversa

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Determinazione della struttura e della coordinazione di complessi peptide-metallo mediante NMR 1D e 2D 1H

Scopri il recupero elettrochimico e bioelettrochimico dell'ammonio da reflui azotati. Questo metodo utilizza membrane a scambio ionico per estrarre nutrienti in forma pura, offrendo un'alternativa sostenibile al trattamento convenzionale delle acque reflue.

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