Descrizione del progetto
Miglioramento dei catalizzatori per favorire la riduzione elettrochimica del nitrato
Il nitrato (NO3) è una sostanza onnipresente che contamina terreni e falde freatiche. Quantità eccessive di NO3 rappresentano una seria minaccia per la salute umana e causano l’eutrofizzazione dei sistemi idrici, con conseguenze dannose per molti organismi. I metodi di trattamento convenzionali nei punti d’utilizzo possono produrre soluzioni di fanghi e salamoia. Le strategie elettrochimiche per trasformare il nitrato nell’innocua forma gassosa dell’azoto aiuteranno ad affrontare tali problematiche. Tuttavia, per una commercializzazione di successo delle tecniche di risanamento elettrochimico sono necessari ulteriori studi sugli elettrocatalizzatori efficaci, nonché una produzione su scala maggiore. Finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto NITRATE verterà su tre aree chiave: sintesi e analisi comparativa dei nano-elettrocatalizzatori, costruzione del reattore e valutazione in matrici idriche reali, e catalizzatori alternativi basati su semiconduttori a ossido metallico più economici.
Obiettivo
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.
Campo scientifico
Parole chiave
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Coordinatore
75794 Paris
Francia