从多种废弃物中同时实现海水淡化、化学物质回收及能源生产

《npj Clean Water》：Simultaneous desalination, chemicals recovery, and energy production from multiple wastes

　　

摘要

通过回收废水中的能量以及从废弃物中提取金属，这些方法因有助于推动循环经济的发展而备受关注。在本研究中，我们设计了一种经济可行的锌基电化学中和脱盐装置（ZEND），该装置无需外部能源输入，即可同时实现高盐度工业废水的脱盐、能源生成以及从有害酸性和碱性废水中制取氢气。在考虑实际损耗后，该系统的有效能量转换效率约为59%。此外，该研究还使用废弃锌金属作为阳极，替代了昂贵的铂等材料，同时也省去了传统电化学中和装置通常需要的外部氢气供应。实验结果显示，该装置的峰值功率密度高达37.9?mW?cm^-2，在70?mA?cm^-2的电流密度下仍能稳定运行超过18小时。其脱盐速率也为0.47?L·g^-1·h^-1，足以证明其可作为降低渗透负荷的预处理手段。一项初步的从生产到废弃的全生命周期评估显示，对于当前的单次循环模式，处理后的海水的净温室气体排放量约为?52.0?kg CO₂e m^-3。而在考虑材料退化因素的敏感性分析中，即使在基准条件和较为保守的测试条件下，该系统的净减排量也分别降至?30.1和?8.5?kg CO₂e?m^-3，这表明系统的性能会受到锌的使用情况、各部件的寿命、产出保留率以及副产品替代方案等因素的影响。通过结合多种功能并使用回收材料，ZEND装置有望成为工业废水回收和资源再利用领域的重要过渡技术。