硝酸盐径流问题，致癌物的来源，也是美国水道中令人窒息的藻华的原因，可能并不全是悲观和厄运。由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校领导的一项新研究展示了一种在单个电化学电池中将硝酸盐污染的水综合捕获和转化为有价值的氨的方法。

这项研究由化学和生物分子工程教授Xiao Su指导，展示了一种能够将硝酸盐浓度提高24倍，铵态氮生产率提高<>倍，能源效率提高十倍以上的装置与以前的硝酸盐-氨电催化方法相比。

“通过将分离与反应相结合，我们克服了以前直接从地下水生产氨的局限性，其中硝酸盐的浓度非常低，从而使转化步骤效率低下，”Su说。

研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

“这项研究的目的是使用尽可能少的能量在硝酸盐进入我们的水道之前从农业径流中去除硝酸盐，并将其转化为肥料或作为化学原料出售，”苏说。“因此，我们的技术可以对废物处理、可持续化工生产和推进脱碳产生影响。我们希望为氮循环带来更大的循环性。

该团队开发了一种独特的双功能电极，可以从水流中分离和浓缩硝酸盐，同时使用纯电化学控制在单个单元中转化为氨。“双功能电极结合了捕获硝酸盐的氧化还原聚合物吸附剂与驱动电催化转化为铵的钴基催化剂，”Su说。

研究人员说，该系统在实验室中使用从U.I.研究农田周围的排水砖收集的农业径流进行了测试，以评估该技术在现实世界条件下的潜力。

“这是一个非常高效的捕获和转换平台，占用空间小，”苏说。“我们不需要单独的电化学电池来进行水处理和铵态氮生产，也不需要添加额外的化学品或溶剂。相反，我们设想将模块直接安装在农田上，并使用电催化过程产生的电力和小型太阳能电池板运行。

该团队表示，其下一个目标是开发用于该设备的更具选择性的材料，以实现更高的硝酸盐去除率并加速向氨的转化 - 同时设计更大规模的系统以便在现场实际部署。

Kwiyong Kim是该研究的第一作者，来自Su小组的Jaeyoung Hong和Jing Lian Ng做出了贡献。这项工作是与劳伦斯利弗莫尔国家实验室的Tuan Anh Pham以及内布拉斯加大学的Alexandra Zagalskaya和Vitaly Alexandrov合作进行的。

Su还隶属于贝克曼先进科学技术研究所，也是伊利诺伊州的土木与环境工程教授。