废水中无机氮电化学处理技术的研究

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无机氮是引起水体富营养化的重要污染物之一,国家把其列入了总量减排控制目标,制定了严格的排放标准。目前常用生物法和折点氯化法去除废水中的无机氮,处理效果虽好,但极易受温度的影响,且容易造成二次污染。与此同时,电化学水处理技术作为一种占地小、绿色环保和可控性强的水处理新方法而受到重视。本文从双金属电催化剂的制备入手,用电沉积法制备了双金属催化剂Pd/Cu,考察了其降解硝酸根的性能及产物选择性,得到了主产物氨氮。为了把无机氮彻底催化为无污染的氮气,我们又做了电化学氧化法去除氨氮的工作。同样用电沉积方法制备了电催化剂Pt/Ti,对其进行了物理形貌和电化学性能的表征,从理论上分析了应用该材料的可行性。接着探究了电化学处理氨氮的影响因素,明确了电解液放置时间、温度、初始氨氮浓度、氯离子浓度及阴阳离子对反应的影响。结果发现,初始氯离子浓度为影响反应的关键因素,极板间距对反应有一定的影响,间距越小反应速率越快,温度、放置时间和初始氨氮浓度对反应影响不大,弱碱性条件下利于反应进行,Mg2+、Ca2+对反应影响较小,Al3+,NO2-和SO42-能促进反应进行,NO3-能抑制反应进行。通过分析实验结果,对电化学氨氮处理条件进行了优化。在上述实验的基础上,我们进一步对电解过程进行优化和改进,通过引入了电容去离子技术(CDI),以石墨纸为基底,酚醛树脂为粘结剂,通过涂覆法制备了多孔活性炭电极,研究其用于处理氨氮废水的效能。在两活性炭电极间间隙性地施加1.5V恒电压,在电场的作用下,对电极充电,使其能够汇集并吸附电解液中的离子,而对电极放电时会对离子产生脱附作用,在实现电极再生的同时,也有效地提高了电极周围氨氮和活性氯的浓度,缩短了处理时间,大幅降低了电能消耗。我们发现,借助于电容去离子技术,可以有效提高电化学氨氮处理的效率,因此为电化学方法去除废水中的无机氮提供了新的思路。本论文针对电化学方法去除废水中的无机氮,有目的地发展了高性能催化剂,并优化了反应过程的参数,取得良好结果;通过创新性的引入CDI技术,改良了电化学除氨氮的工艺过程。本工作为发展电化学水处理技术提供了基础研究、材料支撑和工艺参考。
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