Waste-to-energy: energy recovery from domestic wastewater

Eurico Yung Ferreira Moutinho

Key information

Authors:

Eurico Yung Ferreira Moutinho (Eurico Yung Ferreira Moutinho)

Supervisors:

Maria Margarida Pires dos Santos Mateus (Maria Margarida Pires dos Santos Mateus); Diogo Miguel Franco dos Santos (Diogo M. F. Santos)

Published in

10/02/2015

Abstract

Este trabalho centra-se na aplicação da electrólise, com a utilização de dez cátodos de diferentes materiais de forma a encontrar electrocatalisadores eficientes na produção de H2, sendo usado como fonte do hidrogénio o efluente proveniente de uma ETAR, com ou sem adição de um electrólito, sendo o electrólito escolhido o KOH. O estudo consiste na aplicação de voltametria cíclica a uma velocidade de varrimento de 0.5 mV/s, a diferentes temperaturas que variam entre 25 e 85ºC. Utilizaram-se os métodos de Tafel e de Butler-Volmer para obtenção dos parâmetros cinéticos. Os eléctrodos usados para este trabalho foram o aço-inox 304 (SS304), a platina (Pt) e platina-terra raras, e o níquel (Ni) e níquel-terras raras (Ni-RE), com as RE a serem o cério (Ce), samário (Sm), disprósio (Dy) e o hólmio (Ho). Verificou-se que a adição do KOH melhora consideravelmente a eficiência do processo electroquímico. A energia de activação obtida com o eléctrodo do Ni no efluente com adição de KOH foi de 228 kJ mol-1 . Foi feito também um pequeno estudo sobre a reacção anódica com o eléctrodo de Pt. Analisou-se também a electrólise de uma solução de urina sintética, aplicando voltametria cíclica a várias velocidades de varrimento e cronoamperometria a diferentes potenciais, utilizando eléctrodos de Pt e Ni. This work focuses on water electrolysis studies, with ten different cathode materials, to find effective electrocatalysts to produce H2 using an effluent from municipal wastewater treatment as a hydrogen source. Tests are done with or without the addition of electrolyte, being the electrolyte selected KOH. The study consists in applying cyclic voltammetry at different temperatures, ranging between 25 and 85 ºC and using the Tafel and Butler-Volmer scientific models to obtain the kinetic parameters. The electrodes used were the stainless steel 304 (SS304), platinum (Pt) and platinum-rare earth (Pt-RE) binary alloys, and nickel (Ni) and Ni-RE alloys, with the REs being cerium (Ce), samarium (Sm), dysprosium (Dy), and holmium (Ho). It was possible to conclude that, the addition of KOH improves considerably the efficiency of the electrochemical process. The activation energy obtained with a Ni electrode with KOH addition was 228kJ mol-1 . It was also made a study of the anodic reaction with Pt electrodes. Cyclic voltammetry and chronoamperometry were also performed in a study involving electrolysis of synthetic urine, using Pt and Ni electrodes.