电催化降解水中氨氮的研究

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制备了Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2、Ti/SnO2-Sb2O3/Fe-PbO2、Ti/SnO2-Sb2O3/Co-PbO2、Ti/SnO2-Sb2O3/Ni-PbO2四种电极,采用X-射线衍射(XRD)、电感耦合离子发射光谱(ICP)、阳极析氧电位、析氯电位和电极强化寿命测试等方法对电极进行了表征。通过电催化降解氨氮模拟废水,比较了所制备四种电极的电催化性能。研究结果表明,在所制备的四种电极中,Ti/SnO2-Sb2O3/Fe-PbO2电极具有较高的析氧电位、较低的析氯电位、较强的催化活性、较低的槽电压及较长的使用寿命,是一种优良的阳极材料。该电极中间层为锡锑氧化物,表面层是具有催化活性的β- PbO2。铁元素的掺杂提高了电极的电催化降解能力。同时,单因素考察了电流密度、反应温度、溶液pH值、氨氮初始浓度、极板间距、氯离子浓度等对氨氮模拟废水电催化降解效果的影响。研究结果表明,当电流密度为20 mA·cm-2、反应温度为30℃、pH值为弱碱性(9.98左右)、氨氮初始浓度为100 mg·L-1、极板距为1 cm、氯离子浓度为1100 mg·L-1时,氨氮的去除率可达到100%。且氨氮模拟废水的电催化降解符合一级动力学规律。正交实验考察了电流密度、溶液pH值、氨氮初始浓度和氯离子浓度等对氨氮模拟废水氨氮及总氮电催化降解效果的影响。研究结果表明,影响氨氮电催化降解的各因素的主次关系如下:初始pH值>氨氮初始浓度>氯离子浓度>电流密度。影响总氮电催化降解的各因素的主次顺序如下:初始pH值>氨氮初始浓度>电流密度>氯离子浓度。综合考虑氨氮和总氮去除率两个指标,确定了电催化降解氨氮模废水的最佳工艺条件为:pH值为弱碱性、氨氮初始浓度为100mg·L-1、电流密度为25mA·cm-2、氯离子浓度为1100 mg·L-1。电催化降解过程中,氨氮大部分转化为N2、降解过程中生成的亚硝酸盐氮在总氮中所占的比重较小。以Ti/SnO2-Sb2O3/Fe-PbO2为阳极,电催化降解实际印染废水,5 h后氨氮去除率达到100%,COD去除率为55.62%,总氮去除率为79.30%,电极运行稳定,未出现脱落。
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