电化学催化还原含氮废水具有催化效率高,适用范围广,自动化程度高等优势。然而脱氮性能优异的电极材料往往是以Pd,Rh等贵金属为代表的合金电极。其成本过高严重制约了电化学法在液相脱氮领域的应用。传统的非贵金属合金材料其催化脱氮效率十分有限。本研究以非贵金属Cu为核心,首先利用刷涂热解法得到了一种新型氧化态铜电极Ti/CuO_x。通过与还原态单晶铜电极的性能进行对比,并设计了一系列异位/原位电沉积实验,深入研究了不同形态的铜电极其铜的价态在电催化还原过程中发挥的作用。在此机理研究的基础上,利用铜锌前驱体制备了一系列新型氧化态的铜锌系电极材料Ti/Cu_yZn_zO_x,并探索了其在碱性溶液中的催化还原硝态氮的机理。此外,本研究利用阴阳极协同催化脱除硝态氮的思路,针对区分阴阳极室的膜反应器,详细研究了硝态氮在阴极表面的还原反应和副产物氨氮在阳极氧化的过程,并提出了适应不同电流密度的膜反应器动力学模型,对硝态氮在膜反应中的还原进行了预测。论文主要研究成果如下:（1）利用刷涂-热解法制备了氧化态铜电极Ti/CuO_x,通过SEM,XRD以及XPS对还原态单晶铜电极Cu和电催化硝态氮前后氧化态铜电极Ti/CuO_x的微观形貌,晶型结构和元素价态进行观察,并结合电化学表征和对硝态氮的水处理实验进行分析,结果显示氧化态铜电极对硝态氮催化性能的提升是由于电极表面具有更多的Cu²⁺和Cu⁺,硝态氮在Cu和Ti/CuO_x电极表面被还原为亚硝态氮的活性电位分别为-1.01V和-0.85V。硝态氮电还原过程中,铜和亚铜离子的存在提升了NO₃^-在电极表面的初步吸附,造成了硝态氮的还原电位正移。对线性伏安曲线的分峰拟合结果证实了电催化还原过程中电极Ti/CuO_x活性层中的氧化态铜参与并加速了电子得失反应从而使电极对N中间产物的还原催化活性增强。（2）利用异位沉积单晶铜的方法对Ti/CuO_x和Ti电极进行表面覆盖得到一系列Ti/CuO_x-t和Ti-t电极。物化表征实验（SEM,EDS,XRD）证实了单晶铜随着沉积时间的增加,逐渐覆盖在电极表面。电化学测试结果显示,铜的存在有助于提升硝态氮的电催化活性,但还原态铜的催化活性小于氧化态铜的催化活性,而催化活性的提升与铜的价态还原峰强弱有关。异位沉积单晶铜电极的水处理实验和原位沉积铜的水处理实验证实了,还原态铜对硝态氮的电催化活性的提升主要是通过提升了硝态氮的初步吸附和硝态氮到亚硝态氮的转化步骤,从而促进了硝态氮的还原。与还原铜相比,其对亚硝态氮的进一步还原亦表现出较强催化活性,这一定程度上也增加了产物中氮气生成的比重。（3）调查了不同的铜锌氧化物合金（Ti/CuO_x,Ti/Cu₅ZnO_x和Ti/CuZn₅O_x）在硝酸根电化学还原中的性能。结果显示,刷涂热解制备的铜锌氧化物能以固溶体形态共存于电极表面。Ti/Cu₅ZnO_x与其他自制的铜锌电极相比,对硝态氮的降解表现出最高的活性以及提高了氮气的生成量,氨氮为这三种电极电解硝酸根过程中产生的的主要产物。OH^-的存在增强了Ti/Cu₅ZnO_x和Ti/CuZn₅O_x电极还原硝态氮的电催化活性。这种增强作用,在高于析氢电位的电势下表现尤为明显。锌为此提供了额外且稳定的活性位点,其能在碱性环境下抑制吸附态氢对表面活性位点的占据,从而促进了N中间产物的还原。（4）研究了硝态氮还原的主要副产物氨氮在阳极的氧化,结果显示NH₄⁺在酸性条件下的氧化以间接氧化为主,HOCl对NH₄⁺的氧化主要副产物是NHCl₂,其过程是由NH₄⁺→NH₂Cl→NHCl₂→NCl₃→N₂逐步进行的。氨氮的阳极氧化过程中,析氯反应分别经历了（1）Cl^-的表面吸附,（2）吸附态Cl^-氧化为吸附态Cl₂,（3）吸附态Cl₂扩散至溶液中与水作用生成HOCl,（4）游离态Cl₂经由溶液挥发至空气中的过程。在低电流密度时,氨氮的氧化是以Cl₂为主要氧化剂,高电流密度下HOCl发挥主要的氧化作用。氨氮逸出实验证实,氨氮的挥发与pH值有关,当pH大于11时氨氮挥发的速率常数随着pH升高稳定增大。在膜反应器的阴极室中,硝态氮还原产生的氨氮存在挥发现象。根据不同电流密度下硝态氮的还原,提出两种动力学模型,用于预测硝态氮在膜反应器的阴极室中的还原和其副产物氨氮在阳极室的氧化,结果显示,当电流密度≥5 mA/cm²时,膜反应器开始发挥阴阳极协同作用,阴极硝态氮还原氨氮的反应速率常数K′在5,10,20 mA/cm²下分别为0.0826,0.16,0.3211 h^-1,而其副产物氨氮在阳极室中的氧化速率常数K₃在5,10,20 mA/cm²下分别为0.0830,0.0893,0.1318 h^-1。