MARC

 008250123s2024        us                              c    eng  d
■001000017164811
■00520250211153050
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798346387442
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31643305
■035    ▼a(MiAaPQ)Stanfordfk004hm3141
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a621.48
■1001  ▼aLiu,  Matthew  Junjie.
■24510▼aElectrifying  Chemical  Transformations  and  Separations  to  Valorize  Wastewater  Nitrogen
■260    ▼a[Sl]▼bStanford  University▼c2024
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2024
■300    ▼a338  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-05,  Section:  A.
■500    ▼aAdvisor:  Tarpeh,  William.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--Stanford  University,  2024.
■520    ▼aManaging  the  nitrogen  cycle  has  been  identified  as  one  of  14  Grand  Challenges  for  Engineering  in  the  21st  century,  as  defined  by  the  U.S.  National  Academy  of  Engineering.  Indeed,  the  U.S.  Environmental  Protection  Agency  considers  nitrogen  pollution  "one  of  the  costliest,  most  difficult  environmental  problems  we  face  in  the  21stcentury."  Humanity  has  profoundly  skewed  the  natural  throughput  of  the  nitrogen  cycle  through  Haber-Bosch  ammonia  synthesis,  which  outpaces  nitrogen  removal  rates  from  wastewater.  As  a  result,  nitrogen  pollution  continues  to  accumulate  in  the  environment,  threatening  global  water  security  and  human  health.  However,  as  global  populations  continue  to  grow,  humanity  will  require  more  ammonia  than  it  ever  has  before.Electrochemical  nitrogen  recovery  from  wastewaters  offers  an  avenue  for  bringing  balance  back  to  the  nitrogen  cycle  by  directly  recovering  ammonia  from  wastewater  nitrogen.  Two  forms  of  reactive  nitrogen  in  particular  compose  the  majority  of  nitrogen  pollution  in  wastewaters:  ammonia  and  nitrate.  Targeting  these  two  pollutants  for  ammonia  recovery  is  a  key  focus  of  this  dissertation.  Whereas  ammonia  requires  a  selective  separation  from  other  wastewater  constituents  to  be  recovered  as  a  pure  product,  nitrate  requires  selective  reduction  to  ammonia  prior  to  separation.  Thus,  the  work  in  this  dissertation  explores  techniques  for  achieving  selective  electrochemical  separations  and  selective  electrochemical  reactions.In  Chapter  2  explores  the  use  of  electrochemical  stripping,  a  unit  process  combining  electrodialysis  and  membrane  stripping,  for  ammonium  sulfate  recovery  from  ammoniarich  influent  as  a  function  of  electrolyte  temperature,  gas  permeable  membrane,  and  influent  concentration  (30  to  3000  mg  N/L).  A  mass  transfer  model  for  nitrogen  movement  between  reactor  chambers  is  developed  to  yield  both  descriptive  and  predictive  insights  into  the  effect  of  operating  parameters  on  nitrogen  recovery.  The  validation  of  electrochemical  stripping  as  a  platform  for  selectively  separating  ammonia  forms  a  bedrock  for  the  remainder  of  this  dissertation.Chapters  3-5  consist  of  studies  into  electrochemical  nitrate  reduction  to  ammonia,  with  the  idea  that  synthesized  ammonia  can  be  recovered  with  electrochemical  stripping.  Chapter  3  examines  the  use  of  titanium  electrodes  for  nitrate  reduction.  Under  the  protic,  reducing  conditions  of  nitrate  reduction,  titanium  forms  titanium  hydride,  which  possesses  distinct  physical,  chemical,  and  electronic  properties  from  titanium.  The  work  in  this  chapter  employs  synchrotron  X-ray  characterization  to  study  how  different  nitrate  reduction  conditions  (applied  potential,  duration)  impact  the  formation  of  near-surface  titanium  hydride,  and  the  impact  this  altered  surface  structure  may  have  on  nitrate  reduction  performance.  Chapters  4-5  explore  the  use  of  the  homogeneous  electrocatalyst  Co(DIM),  a  cobalt-centered  tetra-aza  macrocycle,  for  selective  nitrate  reduction  to  ammonia.  In  Chapter  4,  Co(DIM)  is  incorporated  into  electrochemical  stripping  to  simultaneously  treat  nitrate-rich  secondary  effluent  and  ammonium-rich  reverse  osmosis  brine.  The  work  demonstrates  successful  separation  of  synthesized  ammonia  from  the  catalyst  and  treated  water  at  performance  metrics  (energy  consumption,  recovery  rate)  that  matched  or  outperformed  state-of-the-art  nitrogen  recovery  systems.  Chapter  5  investigates  the  reaction  mechanisms  and  kinetics  of  Co(DIM)  through  electroanalytical  studies.  It  is  shown  that  prior  to  nitrate  conversion,  Co(DIM)  must  free  its  axial  sites  through  bromide  dissociation  coupled  with  electron  transfer.  The  kinetics  of  nitrate  conversion,  including  reaction  rate  constants,  turnover  frequencies,  kinetic  isotope  effects,  and  activation  parameters,  are  quantified  to  benchmark  the  performance  of  Co(DIM)-mediated  nitrate  reduction.
■590    ▼aSchool  code:  0212.
■650  4▼aReactors
■650  4▼aNitrates
■650  4▼aElectrons
■650  4▼aElectrodes
■650  4▼aWater  treatment
■650  4▼aChemistry
■650  4▼a21st  century
■650  4▼aVoltammetry
■650  4▼aChemists
■650  4▼aAmmonia
■650  4▼aCatalysis
■650  4▼aEffluents
■650  4▼aElectrocatalysis
■650  4▼aEnergy  consumption
■650  4▼aNitrogen
■650  4▼aAtomic  physics
■650  4▼aEnergy
■650  4▼aEnvironmental  engineering
■650  4▼aIndustrial  engineering
■650  4▼aMuseum  studies
■650  4▼aEngineering
■690    ▼a0485
■690    ▼a0748
■690    ▼a0791
■690    ▼a0775
■690    ▼a0546
■690    ▼a0730
■690    ▼a0537
■71020▼aStanford  University.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-05A.
■790    ▼a0212
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2024
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17164811▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서