认识到二氧化碳电还原技术在城市废水脱氮中的实际应用

《Nature Water》：Realizing the practical application of CO2 electroreduction for urban wastewater denitrification

人工回收二氧化碳制成高附加值化学品，通过电化学-生物混合系统实现CO2转化为甲酸并直接用于硝酸盐氮去除，效率超过传统乙酸碳源，且与电解回收系统结合可降低成本，具备工业应用潜力。

　　

摘要

将二氧化碳（CO₂）人工回收为高附加值的原料和化学品，为缓解其温室效应和实现碳中和经济提供了一种可持续的方法。然而，直接且高效地利用二氧化碳还原产物（无需额外分离和提纯）仍然面临挑战。本文开发了一种电化学-生物混合系统，将二氧化碳电解技术与市政废水处理相结合。在该系统中，中性电解液（1.0 M KHCO₃）中通过电催化作用生成的甲酸盐（formate-e）直接作为碳源和能量载体，用于基于市政污水处理厂活性污泥的生物脱氮过程，表现出优异的硝酸盐氮（NO₃^?-N）去除率，达到约3.06 mg l^?1 h^?1。此外，在经过长期连续运行后，该生物脱氮反应器的甲酸盐-e脱氮速率达到了每小时每升悬浮固体1.08 mg NO₃^?-N，超过了广泛用作商业碳源的乙酸盐的脱氮速率。进一步的环境和技术经济分析表明，将这种电化学-生物混合系统与电化学回收和分离系统集成，可以显著降低电解液的成本，从而显示出甲酸盐-e在工业废水处理应用中的巨大潜力。