当前位置:
X-MOL 学术
›
Water Res.
›
论文详情
Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Paired Photoelectrochemical System for Total Nitrogen Removal via Engineered Active Sites in Spaced TiO2 Nanotube Platform
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2025-05-27 , DOI: 10.1016/j.watres.2025.123915
Aseom Son, Hyekyoung Cho, Mingizem Gashaw Seid, Jiyun Han, Byeong Cheul Moon, Jaesang Lee, Jeehye Byun, Seok Won Hong
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2025-05-27 , DOI: 10.1016/j.watres.2025.123915
Aseom Son, Hyekyoung Cho, Mingizem Gashaw Seid, Jiyun Han, Byeong Cheul Moon, Jaesang Lee, Jeehye Byun, Seok Won Hong
![]() |
This study presents a paired photoelectrochemical (PEC) system using dual photoelectrodes designed for comprehensive total nitrogen (TN) removal by converting NO3⁻ into non-toxic N2 gas. Utilizing spaced TiO2 nanotube arrays (STNA) optimized for precise metallic site engineering, bimetallic Pd-Cu and RuO2 catalysts were tailored onto the STNA for the photocathode and photoanode, respectively. This configuration enabled the selective reduction of NO3⁻ to NH3 at the photocathode, while the NH3 was simultaneously oxidized to N2 via reactive chlorine species (RCS) generated under light illumination. The paired PEC system achieved a TN removal efficiency of over 99.2% over eight cycles, totaling 32 hours of continuous operation without metal leaching and by-products formation. Even in complex real wastewater matrices, the paired photoelectrode system maintained a TN removal efficiency of 96.3%, demonstrating consistent performance in practical applications. Furthermore, the system exhibited a specific electric energy consumption (SEEC) approximately 7 times lower than conventional electrochemical (EC) systems, indicating improvements in cost-effectiveness and energy efficiency. This study establishes a foundation for advancing PEC systems in nitrogen removal and provides insights into the application of tailored metallic site engineering on photoelectrodes for environmental applications.
中文翻译:
配对光电化学系统,用于通过间隔 TiO2 纳米管平台中的工程活性位点去除总氮
本研究提出了一种使用双光电电极的配对光电化学 (PEC) 系统,该系统旨在通过将 NO 3 ⁻ 转化为无毒的 N 2 气体来全面去除总氮 (TN)。利用针对精确金属位点工程优化的间隔 TiO 2 纳米管阵列 (STNA),在 STNA 上分别为光阴极面和光阳极定制了双金属 Pd-Cu 和 RuO 2 催化剂。这种配置能够在光电阴极面上选择性地将 NO 3 还原为 NH 3 ,同时通过在光照射下产生的活性氯 (RCS) 将 NH 3 同时氧化为 N 2 ⁻ 。配对的 PEC 系统在 8 个循环中实现了超过 99.2% 的 TN 去除效率,总共连续运行了 32 小时,没有金属浸出和副产物形成。即使在复杂的实际废水基质中,配对的光电电极系统也保持了 96.3% 的 TN 去除效率,在实际应用中表现出一致的性能。此外,该系统的比电能消耗 (SEEC) 比传统电化学 (EC) 系统低约 7 倍,表明成本效益和能源效率有所提高。本研究为推进 PEC 系统脱氮奠定了基础,并为定制金属现场工程在光电电极上的环境应用提供了见解。
更新日期:2025-05-27
中文翻译:

配对光电化学系统,用于通过间隔 TiO2 纳米管平台中的工程活性位点去除总氮
本研究提出了一种使用双光电电极的配对光电化学 (PEC) 系统,该系统旨在通过将 NO 3 ⁻ 转化为无毒的 N 2 气体来全面去除总氮 (TN)。利用针对精确金属位点工程优化的间隔 TiO 2 纳米管阵列 (STNA),在 STNA 上分别为光阴极面和光阳极定制了双金属 Pd-Cu 和 RuO 2 催化剂。这种配置能够在光电阴极面上选择性地将 NO 3 还原为 NH 3 ,同时通过在光照射下产生的活性氯 (RCS) 将 NH 3 同时氧化为 N 2 ⁻ 。配对的 PEC 系统在 8 个循环中实现了超过 99.2% 的 TN 去除效率,总共连续运行了 32 小时,没有金属浸出和副产物形成。即使在复杂的实际废水基质中,配对的光电电极系统也保持了 96.3% 的 TN 去除效率,在实际应用中表现出一致的性能。此外,该系统的比电能消耗 (SEEC) 比传统电化学 (EC) 系统低约 7 倍,表明成本效益和能源效率有所提高。本研究为推进 PEC 系统脱氮奠定了基础,并为定制金属现场工程在光电电极上的环境应用提供了见解。