우리는 전기화학 및 생전기화학 시스템을 사용하여 암모늄이 풍부한 흐름에서 암모늄을 추출하는 것을 보여줍니다. 반응기 설정, 작동 및 데이터 분석에 대해 설명합니다.
이 콘텐츠를 보려면 JoVE 구독이 필요합니다. 로그인하거나 오늘 무료 평가판을 시작하세요.
이 논문에서
요약
초록
소변이나 분뇨와 같은 하천에는 높은 수준의 암모늄이 함유되어 있을 수 있으며, 이는 농업이나 화학에 재사용하기 위해 회수할 수 있습니다. 암모늄이 풍부한 흐름에서 암모늄을 추출하는 것은 전기 화학 및 생체 전기 화학 시스템을 사용하여 입증됩니다. 두 시스템 모두 전위차에 의해 제어되어 전류를 고정하거나(전기화학 전지의 경우) 작동 전극의 전위를 고정합니다(생체 전기화학 전지의 경우). 생전기화학 전지에서는 전기 활성 박테리아가 양극 반응을 촉매하는 반면, 전기화학 전지에서는 전위차가 더 높은 전압을 가하여 전류를 생성합니다. 세포 전체에 걸친 전하 균형의 현재 및 그에 따른 복원은 암모늄과 같은 양이온을 양극액에서 음극액으로 양이온 교환막을 가로질러 운반할 수 있도록 합니다. 음극액의 높은 pH는 암모니아의 형성으로 이어지며, 이는 매체에서 벗겨져 산성 용액에 포집될 수 있으므로 귀중한 영양소를 회수할 수 있습니다. 멤브레인을 가로지르는 암모늄의 흐름은 비생물적 반응기 시스템과 생물 반응기 시스템 모두에 대해 서로 다른 양극액 암모늄 농도와 전류로 특성화됩니다. 두 시스템 모두 암모늄의 전류 및 제거 효율과 양이온 교환막을 가로지르는 암모늄 전달을 구동하는 데 필요한 에너지 입력을 기반으로 비교됩니다. 마지막으로 신뢰성, 전극 비용 및 속도와 같은 주요 측면을 고려한 비교 분석이 이루어집니다.
이 비디오 기사 및 프로토콜은 전기화학 및 생전기화학적 암모니아 회수 실험을 수행하는 데 필요한 정보를 제공합니다. 두 사례에 대한 반응기 설정과 반응기 작동에 대해 설명합니다. 두 반응기 유형에 대한 데이터 분석과 생전기화학 및 전기화학 시스템의 장점과 단점에 대해 자세히 설명합니다.
서론
폐수 이익의 중요성에서 가치있는 제품의 복구 귀중한 자원이 회복없이 부족과 치료가로는 비용을 나타냅니다. 폐수는 생산 루프 1을 닫으하는 데 도움이 될 수 있습니다 에너지 및 복구 할 수 있습니다 영양소, 영양 복구를 모두 포함되어 있습니다. 영양소의 회복이 덜 일반적인 상태에서 혐기성 소화를 통해 에너지의 복구, 잘 설립 과정이다. 뇨 및 배설물과 같은 액상 폐기물 스트림으로부터 영양소의 복구 널리 트루 바이트 및 암모니아 스트리핑 2,3- 직접 제조함으로써, 예를 들면, 연구되어왔다. 그러나, 화학적 첨가의 필요성은 이러한 프로세스 (4)의 단점이다. 여기서 우리는 칼륨 및 암모늄 모두 포함한 폐수로부터 양이온 영양소 복구하는 기술을 제시한다. 이러한 영양소의 양이온 형태는 전기 시스템에서 이온 선택성 막을 사용하여 복구 할 수 있습니다. 이 경우, electrochemic알 시스템 (산화가 일어나는) 양극 실의 구성 (환원이 일어나는)과 음극 실 구획을 분리하는 이온 선택성 막. 전압은 애노드로부터 캐소드로의 전류 흐름을 생성하기 위해 셀에인가된다. 이 전압을 물 산화 및 환원 반응을 구동하기 위해 외부 전원에 의해 생성 될 수있다. 선택적 양극 산화, 예를 들면, 유기물, 더 적은 전력을 필요....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
프로토콜
1. 스트립과 흡수 단위 반응기 조립 및 연결
- 원자로를 건설하기 위해 모든 필요한 자료를 수집 : 전극, 프레임 및 고무는 (재료의 목록을 참조하십시오). 조심 반응기를 조립하는 동안 누수를 방지하기 위해 동일한 크기로 모든 부품을 잘랐다.
- 원자로 구획에 드릴 구멍은 남성 커넥터에 남성에 맞게. 기준 전극 맞게 반응기 구획의 일 측면의 중간에 하나의 부가적인 구멍을 뚫는다.
- 흡수 칼럼 1 MH 2 SO 4의 재고를 준비합니다. 암모니아의 높은 부하를 수용하기 위해 필요한이 농도를 높입니다.
- 멤브레인 제조업체의 지침에 따라 전처리되어 있는지 확인합니다. 탄소가 3 분 동안 2 mM의 CTAB (세제)에 담가 전극을 느꼈다 전처리. 탈염수 8 느꼈다 탄소를 씻어. 홍보가 필요하지 않습니다 전기 실험에 대한 안정적인 양극etreatment.
- 반응기 형태에 따라 상이한 순서로 반응기 부품 스택. 생물 반응기의 경우 : 스펙스 종판, 고무, 스테인레스 스틸 집전 전처리 흑연, 방풍 반응기 구획, 고무, 양이온 교환막, 고무, 스페이서 재료, 스테인레스 스틸 메쉬 전극, 고무, 방풍 반응기 구획 고무 스펙스 종판 펠트
- 스펙스 종판,....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
결과
Chronoamperometry는 생물 반응기의 결과
chronoamperometry 결과, 수학 식 1에 따라 계산 (그림 4) 연속 반응에 대한 전형적인 그래프를 보여줍니다. 실험 시작시의 양극과 음극은 재순환 모드로 작동시켰다. 이것은 개발 생물막과 현재의 생산의 개시를 허용한다. 수술 5 일 후에, 전류 밀도는 현재의 생산의 감소에 이어 최대에 도달. 이 바이오 필름은 현재 생산하는 탄소 / 전자 원 (예, 아세트산) 부족하다는 표시이다. 고원은 12 일, 16 고원 암모늄에 충분한 데이터를 얻을 필요가 있었다 사이에 3.5 A / ㎡ 크기에 도달 할 때까지 하루 6 연속 운전에 대한 변경, 6 시간의 HRT를 사용하여, 현재의 생산에서 연속 증가 하였다 일정한 전류 밀도를 추출.
암모늄 농도 IN 피드 여러 단계 (표 2)에서.......
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
토론
이 원고는 bioelectrochemical 암모늄 복구를위한 전기 화학 셀을 설정하는 데 필요한 도구를 제공합니다. 결과 섹션에 제시된 계산은 시스템 성능의 평가를 위해 파라미터를 제공한다. 생물학적 및 전기 시스템 설치 및 기능에서 유사하다. 두 시스템 사이의 주요 차이점은 bioelectrochemical 셋업 고정 양극 전위 대 전기 화학 셀의 현재의 고정 된 선택이다. 비 생물 적 설정을위한 고정 전류는 전극 반응을 구동 할 필요가 있으며, 따라서 정상 상태 조건 선도, 벌크 프로세스 단계에서의 조절을 허용한다. 한편 bioelectrochemical 시스템의 경우, 대 -200 MV의 Ag / AgCl을 고정 양극의 전위는 전극 (15)으로 전자 전달을 가능하게하기 위해 선택되었다. 두 구획 전기 화학 전지로 구동 ELECTRICA 막 위에 암모늄의 추출을 허용L 전류. 각 시스템은 다른 통해 어떤 이점을 제공한다. 시스템에 발생할 수있는 문제 중 일부는 설명한다.
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
공개 사항
저자는 공개할 것이 없습니다.
감사의 글
이 작업은 겐트 대학의 SG를 위한 BOF 보조금의 지원을 받았습니다. AL은 Rutgers University NSF Fuels-IGERT의 지원을 받습니다. SA는 유럽연합 프레임워크 프로그램 7 프로젝트 "프로에탄올 2G"의 지원을 받습니다. SA와 KR은 겐트대학교 MRP(Multidisciplinary Research Partnership) - 지속 가능한 경제를 위한 생명공학(01 MRA 510W)의 지원을 받습니다. JD는 IOF Advanced 보조금(F2012/IOF-Advanced/094)으로 지원됩니다. KR은 ERC 스타터 그랜트 "Electrotalk"의 지원을 받습니다. 저자는 TOC 아트 피규어를 디자인한 Tim Lacoere, 스트립과 흡수 기둥을 구축한 Robin Declerck, 접종 소스를 제공한 Kun Guo에게 감사를 표합니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 탄소 펠트 3.18 mm 두께 | 의 알파 에저 | ALFA43199 | 바이오 애노드로 사용, 110 mm x 110 |
| mm Ti 전극은 Ir MMO로 코팅되었습니다. | 마그네토 특수 양극 (네덜란드) | 전기화학 테스트를 위한 안정적인 양극으로 사용 | |
| 스테인리스 스틸 메시 | Solana (벨기에) | RVS 554/64: 재질 AISI 316L, 메시 폭: 564 마이크론, 와이어 두께: 140 마이크론, 메시 번호: 36,6 | 카소드로 사용, 110 mm x 110 mm |
| 스테인리스 강판 | Solana (벨기에) | inox 304 시트, 두께: 0.5 mm | 의 전류 수집기로 사용 |
| Bio-Logic (프랑스) | A-012167 RE-1B | ||
| Potentiostat (VSP Multipotentiostat) | Bio-Logic (프랑스) | ||
| EC Lab | Bio-Logic (프랑스) | 전기화학 측정을 위한 소프트웨어 | |
| Cation Exchange Membranes | International (미국) | Ultrex CMI-7000 | 제조사 지침에 따라 전처리 |
| Turbulence Promotor mesh | ElectroCell Europe A/S (Tarm, Denmark) | EPC20432-PP-2 | spacer material, 110 mm x 110mm |
| 커넥터 | Serto | 1,281,161,120 | 튜빙 유형 및 프레임의 구멍 크기에 따라 다른 크기 가능 |
| 스트립 및 흡수 컬럼 | 사내 디자인 | ||
| 튜빙 | Masterflex | HV-06404-16 | |
| 가스 백 | Keika Ventures | Kynar 가스 백 로버츠 밸브 | |
| Rashig Rings | Glasatelier Saillart ( Belgium) | Raschig 링 4 x 4mm | 공기 / 액체 접촉을 개선하기 위해 스트립과 흡수 기둥 내부에 넣습니다. 많은 공급업체에서 사용 가능 |
| 고무 시트 | 방풍 프레임에 맞게 절단 | ||
| Perspex 반응기 프레임 | Vlaeminck, Beernem | 사내 설계, 이 파일의 "반응기 프레임" 탭 참조 |
참고문헌
- Verstraete, W., Van de Caveye, P., Diamantis, V. Maximum use of resources present in domestic "used water". Bioresource Technology. 100 (23), 5537-5545 (2009).
- Lei, X., Sugiura, N., Feng, C., Maekawa, T. Pretreatment of anaerobic digesti....
액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재인쇄 및 허가
