科学研究

近日，我院马金星教授课题组在环境科学领域顶级期刊《Water Research》发表题为“Pulsed Electric Field Drives Chemical-free Membrane Stripping for High Ammonia Recovery from Urine”的研究论文。马金星教授为论文通讯作者，硕士研究生何佳洲为论文第一作者。

成果简介

针对目前的氨回收技术所面临的能耗高、药耗大、效率低等难题，该团队开发了一种新型堆叠式电化学系统，利用阳极析氧反应（OER）原位产生的酸代替外源酸液吸收挥发态的NH_3(g)，实现了合成尿液和真实人类尿液中的氨回收。同时，应用脉冲电场（PEF）调节电解反应过程中电极的行为（特别是电流涡旋和pH演化）：通过合理设置脉冲电流的脉冲占空比和时间，削弱了阴极析氢反应对氨气的吹扫作用，避免了氨的流失和二次环境污染，在优化条件下实现了∼100%的氨回收。在氨的平均去除速率为35.1 g-N m⁻² h⁻¹和电耗为28.9 kWh kg-N⁻¹的条件下，PEF模式下该系统从合成尿液中实现了更高的氨回收率（>90%），且从真实人类尿液中回收1 kg NH₃–N的总成本为15.9 $。这项研究的结果表明，该方法对于从废水中实现高氨回收具有巨大的潜力，为氮的可持续管理开辟了新途径。

该研究得到广东省自然科学基金-杰出青年项目（2022B1515020053）、国家自然科学基金项目（52100030）以及国家重点研发计划项目（2022YFC3901304）的资助与支持。

脉冲电场调节电极界面行为。（a，b）恒流（CC）和脉冲电场（PEF）模式下，气泡扩散传质示意图。（c，d）电流、电压和阴极出水pH随时间变化示意图。两种充电模式下的（e）去除率与（f）回收率。