Čištění odpadních vod by nemuselo vyžadovat několik oddělených kroků pro odstranění dusíku a organických látek. Tým vědců z Čínské akademie věd, Tsinghua University a Northeast Normal University popsal elektroreaktivní membránu RuO₂@PbO₂-M, která při testech odstranila téměř 100 procent amoniakálního dusíku při retenční době pouhých 1,2 minuty.

Membránu tvoří oxid rutheničitý RuO₂ a oxid olovičitý PbO₂. Nejde přitom jen o mechanický filtr. Materiál funguje současně jako elektroda a elektrokatalyzátor. Při průchodu odpadní vody vznikají přímo v systému vysoce reaktivní radikály ·ClO a ·Cl, které pomáhají oxidovat amoniak a převádět jej na molekulární dusík N₂.

Přes 70 hodin nepřetržitého provozu

Autoři Bin Zhao, Jialin Yang, Ruiping Liu, Jiuhui Qu a Meng Sun technologii popsali v odborném časopise Engineering. Při více než 70 hodinách kontinuálního provozu dosáhl systém snížení chemické spotřeby kyslíku, tedy COD, o 68 procent. Celkový dusík se podařilo odstranit z 99,6 procenta.

Důležitá je kombinace obou oxidů. Přídavek RuO₂ zvyšuje potenciál vývoje kyslíku a omezuje reakci, při níž by se část elektrické energie spotřebovala na jeho tvorbu. Chloridové ionty ve vodě zároveň podporují vznik reaktivních forem chloru. Nejlepších výsledků vědci dosáhli při proudové hustotě 20 mA/cm², koncentraci chloridů 100 mg/l a kyselém pH.

Membrána zvládla i složitější odpadní vodu

Výzkumníci systém nezkoušeli pouze na jednoduchém roztoku s amoniakem. Testovali jej také na silně zasolené odpadní vodě. Jako model látky obsahující současně uhlík a dusík použili paracetamol, označovaný ve studii jako APAP. Membrána dokázala současně odstraňovat dusík i organické znečištění.

Výhodou metody je, že potřebné reaktivní částice vznikají přímo během elektrofiltrace a není nutné průběžně dodávat jejich chemické prekurzory. Zatím ale nejde o technologii připravenou k okamžitému nahrazení běžných čistíren. U systému bude potřeba ověřovat především dlouhodobou životnost, provoz ve větším měřítku a uvolňování kovů z membrány. Právě tento parametr autoři při testování zařízení rovněž sledovali.