改性锡锑氧化物电极的制备及其在处理高盐氨氮废水中的应用研究
随着我国经济及社会的发展,氨氮废水的排放导致的水资源富营养化问题越来越严重.由于高盐废水对于微生物具有抑制生长及毒化作用,使得去除高盐废水中氨氮成为一个难题.电化学氧化降解因其无二次污染,电解设备操作简单,可控性强,反应条件温和等特点吸引着人们的广泛关注.电解的关键在电极,电极的性能决定着对氨氮污染物的去除效果.Ti/SnO2Sb2O5电极因其具有高析氧电位、优异的电催化活性及低廉的价格成为电催化氧化领域研究的焦点.本文采用涂刷-热分解的方法制备Ti/SnO2Sb2O5电极,通过涂刷液溶剂的改进及电极活性层的掺杂改性,以提高Ti/SnO2Sb2Os电极的电催化活性及稳定性.应用SEM及EDS手段进行电极形貌及元素组成分析表征;利用极化曲线、循环伏安曲线、荧光光谱、强化寿命等手段对电极的电化学性能进行测试;通过恒电流电解考察氯离子浓度、电流密度、溶液初始pH值对高盐废水中氨氮的电化学氧化去除效果的影响,得到如下结果:(1)、采用正丁醇作为溶剂制备的Ti/SnO2Sb2O5表面具有明显的"龟裂"形貌;在60℃下,以柠檬酸:乙二醇=3:7反应制备的聚合物(柠檬酸乙二醇酯)为络合溶剂体系的络合剂,制备的Ti/SnO2Sb2O5电极表面形貌致密,且分散着大量细小的不规则颗粒;电极表面的分散度提高、粗糙度增大.采用聚合物为络合溶剂体系制备的电极具有更高的析氧及析氯活性,且电极析氧析氯电位差更大,电极的强化寿命更是较正丁醇为溶剂的电极提高一个数量级.(2)、Cu掺杂改性的Ti/SnO2Sb2O5电极表面裂纹进一步减少,电极的稳定性进一步大幅度提高,电极强化寿命提高2倍.掺杂Cu后电极的析氧电位提高,电极的羟基自由基产生能力增强,同时析氯催化活性也更高.在硫酸钠溶液中,Ti/SnO2Sb2O5CuO电极对NH4+形式的氨氮(以下以NH4+-N表示)无电化学响应,而对尿素形式的氨氮(以下以CO(NH2)2-N)有电化学响应;在氯化钠溶液中,Ti/SnO2Sb2O5CuO电极对NH4+-N及CO(NH2)2-N均有更强的电化学响应.(3)、溶液中NH4+-N主要依靠电解产生的有效氯得以降解;当氯离子浓度小于10 g.L-1时,降解效果随氯离子浓度增加呈线性关系;当氯离子浓度大于10g.L-1时,降解效果随[Cl-]增加而无明显变化.NH4+-N的去除速率随电流密度的增加呈正比关系,但电流密度对电解电流效率无影响.随溶液初始pH值的增大,NH4+-N的去除效果提高,在溶液为酸性中,表现的更加明显.(4)、CO(NH2)2-N的去除是直接电化学氧化与间接电化学氧化共同作用的结果.Ti/SnO2Sb2O5CuO电极对CO(NH2)2-N去除过程中直接电化学氧化可去除31%,引入Cl-则可完全去除CO(NH2)2-N.在氯离子浓度低于5 g.L-1时,CO(NH2)2-N的去除效果随氯离子浓度的增加而提高;在氯离子浓度高于5 g.L-1时,随氯离子浓度的增加,氨氮的去除速率增加的趋势变缓.CO(NH2)2-N的去除速率随电流密度的增加呈线性加快,但电解的电流效率无明显变化.CO(NH2)2-N的去除效果随溶液初始pH值增加而增加;但在酸性溶液中,pH值对CO(NH2)2-N去除效果的影响较对NH4+-N去除效果的影响小.
- 作者：
- 高兴旺
- 学位授予单位：
- 安徽理工大学
- 专业名称：
- 化学工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2016年
- 导师姓名：
- 邵荣；邵守言；陈松
- 中图分类号：
- O643.3；X703
- 关键词：
- SnO2Sb2O5电极；改性；氨氮；高盐废水；电化学氧化
- SnO2Sb2O5 Electrode； Modification； Ammonia Nitrogen； High Salinity Wastewater； Electrochemical oxidation