一个人的废水是另一个人的财富。斯坦福大学的一项新研究为在污水中开采有价值的材料铺平了道路，这些材料用于化肥和电池，有朝一日可以为智能手机和飞机提供动力。该分析最近发表在ACSES&TEngineering上，揭示了如何优化电气过程以转化硫污染，并有助于实现可负担的、可再生能源驱动的废水处理，从而产生可饮用的水。

“我们一直在寻找关闭化学制造过程循环的方法，”该研究的资深作者、斯坦福大学化学工程助理教授WillTarpeh说。“硫是一个关键的元素循环，在将硫污染物有效转化为肥料和电池组件等产品方面仍有改进的空间。”

更好的解决方案

随着淡水供应的减少，特别是在干旱地区，人们更加关注开发将废水转化为饮用水的技术。使用厌氧或无氧环境过滤废水的膜工艺特别有前景，因为它们需要的能量相对较少。然而，这些过程会产生硫化物，这是一种有毒、腐蚀性和恶臭的化合物。解决该问题的策略，例如化学氧化或使用某些化学物质将硫转化为可分离的固体，会产生副产品并引发化学反应，腐蚀管道，使水更难消毒。

处理厌氧过滤的硫化物输出的一个诱人的解决方案是将硫化物转化为用于肥料和锂硫电池正极材料的化学物质，但这样做的机制仍不清楚。因此，Tarpeh和他的同事着手阐明一种不会产生化学副产品的经济有效的方法。

研究人员专注于电化学硫氧化，这需要低能量输入并能够对最终硫产品进行微调控制。一些产品(例如元素硫)会沉积在电极上并减缓化学反应，而其他产品(例如硫酸盐)则可以很容易地捕获和重复使用。如果有效，该过程可以由可再生能源提供动力，并适用于处理从单个建筑物或整个城市收集的废水。

研究人员利用扫描电化学显微镜(一种有助于在反应器运行时对电极表面进行微观快照的技术)进行新的使用，量化了电化学硫氧化每个步骤的速率以及形成的产物的类型和数量。他们确定了硫回收的主要化学障碍，包括电极结垢以及最难转化的中间体。他们发现，除其他外，不同的操作参数，例如反应器电压，可以促进从废水中回收低能硫。

这些见解和其他见解阐明了能源效率、硫化物去除、硫酸盐生产和时间之间的权衡。与他们一起，研究人员概述了一个框架，为未来电化学硫化物氧化过程的设计提供信息，以平衡能量输入、污染物去除和资源回收。展望未来，硫回收技术还可以与其他技术相结合，例如从废水中回收氮以生产硫酸铵肥料。Codiga资源回收中心是斯坦福大学校园内的一个试点处理厂，它可能会在加速这些方法的未来设计和实施方面发挥重要作用。

“希望这项研究将有助于加速采用减轻污染、回收宝贵资源并同时创造饮用水的技术，”该研究的主要作者、博士生肖汉说。斯坦福大学土木与环境工程专业的学生。

Tarpeh还是土木与环境工程的助理教授(由礼貌提供)、斯坦福伍兹环境研究所的中心研究员(由礼貌提供)、斯坦福大学水、健康与发展项目的附属学者，以及斯坦福大学的成员生物-​​X。另一位作者悉尼约翰逊在研究期间是斯坦福大学化学工程专业的本科生。