Description du projet
Des catalyseurs améliorés pourraient stimuler la réduction électrochimique des nitrates
Le nitrate (NO3) est un polluant omniprésent des eaux de surface et des eaux souterraines. Des quantités excessives de NO3 sont très préoccupantes pour la santé humaine et sont responsables de l’eutrophisation des systèmes d’eau, ce qui est préjudiciable à de nombreux organismes. Les méthodes conventionnelles de traitement au point d’utilisation peuvent générer des solutions de boues et de saumures. Des stratégies électrochimiques visant à réduire le NO3 en une forme gazeuse inoffensive d’azote permettront de résoudre ces problèmes. Cependant, des recherches supplémentaires sur des électrocatalyseurs efficaces sont encore nécessaires, tout comme une augmentation de la production, pour pouvoir commercialiser les techniques de réhabilitation électrochimique. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet NITRATE se concentrera sur trois domaines clés: la synthèse et benchmarking des nano-électrocatalyseurs, la construction et l’évaluation de réacteurs dans des matrices d’eau réelles et les catalyseurs alternatifs basés sur des métal-oxyde-semiconducteurs moins chers.
Objectif
Efficient management of nitrogen cycle imbalance is a critical need of this century. Water with elevated NO3- level is harmful to human and environmental health. Conventional treatment has limitations for point of use treatment and may generate sludge and/or brine solutions. Electrochemical processes are transformative chemical-free technologies that can reduce NO3- to innocuous N2 without sludge production. However, further research in efficient electrocatalysts and scale-up is required for technology implementation. In this project, research aims to overcome challenges of nitrate electrochemical remediation in three phases: (i) nano-electrocatalyst synthesis and benchmarking, (ii) reactor design/construction and evaluation in actual water matrices, (iii) study of alternative electrocatalyst materials.
First, different electrodic materials will be evaluated in terms of kinetic reduction and selectivity towards N2. I hypothesize that application of nanoparticle binary and tertiary Pt/Pd alloys with other metals (Cu, Sn, In) will lead to higher N2 selectivity and enhanced electrochemical reduction because the preferential performance characteristics of different metals combined into one electrode material. Use of nanoparticles in tridimensional modified electrodes will improve mass transfer towards/from electrode surface increasing treatment performance as well as reduce catalyst mass requirement. Second, design and construction of different electrochemical reactors for nitrate remediation will catalyze the development of electrochemical technology towards implementation. Reactors will be assessed from the treatment of actual water matrices (brine, groundwater, tap and surface water) and techno-economic analysis. Last, catalysts based on cheaper metal oxide semiconductors will be explored as alternative electrocatalysts to reduce capital costs associated to material selection. Electrocatalytic properties will be benchmarked by scanning electrochemical microscopy.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinateur
75794 Paris
France