科學研究

近日，我院馬金星教授課題組在環境科學領域頂級期刊《Water Research》發表題為“Pulsed Electric Field Drives Chemical-free Membrane Stripping for High Ammonia Recovery from Urine”的研究論文。馬金星教授為論文通訊作者，碩士研究生何佳洲為論文第一作者。

成果簡介

針對目前的氨回收技術所面臨的能耗高、藥耗大、效率低等難題，該團隊開發了一種新型堆疊式電化學系統，利用陽極析氧反應（OER）原位産生的酸代替外源酸液吸收揮發态的NH_3(g)，實現了合成尿液和真實人類尿液中的氨回收。同時，應用脈沖電場（PEF）調節電解反應過程中電極的行為（特别是電流渦旋和pH演化）：通過合理設置脈沖電流的脈沖占空比和時間，削弱了陰極析氫反應對氨氣的吹掃作用，避免了氨的流失和二次環境污染，在優化條件下實現了∼100%的氨回收。在氨的平均去除速率為35.1 g-N m⁻² h⁻¹和電耗為28.9 kWh kg-N⁻¹的條件下，PEF模式下該系統從合成尿液中實現了更高的氨回收率（>90%），且從真實人類尿液中回收1 kg NH₃–N的總成本為15.9 $。這項研究的結果表明，該方法對于從廢水中實現高氨回收具有巨大的潛力，為氮的可持續管理開辟了新途徑。

該研究得到廣東省自然科學基金-傑出青年項目（2022B1515020053）、國家自然科學基金項目（52100030）以及國家重點研發計劃項目（2022YFC3901304）的資助與支持。

脈沖電場調節電極界面行為。（a，b）恒流（CC）和脈沖電場（PEF）模式下，氣泡擴散傳質示意圖。（c，d）電流、電壓和陰極出水pH随時間變化示意圖。兩種充電模式下的（e）去除率與（f）回收率。