[發明專利]光電催化-氯自由基脫氮方法

有效

• 申請號: 201710693909.3
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107445244B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 周保學;季有知;白晶;李金花;李林森;張巖;唐文景;陳飛揚;黃小雅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C02F1/30
• 分類號: C02F1/30;C02F1/461;C02F1/76
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種光電催化?氯自由基脫氮方法，其方法系統包括光陽極、陰極、參比電極、氨氮廢水、光源、電解質溶液、石英反應池，所述光陽極、陰極和參比電極分別插入所述石英反應池內含有所述氨氮廢水的電解質溶液中，在所述的光陽極、陰極之間施加0.5?1.25V的偏壓，所述光源照射所述光陽極；所述的電解質溶液中添加有20mg/L?3000mg/L的氯離子并將pH調為2.0～6.0，所述氨氮廢水含氮量2?50mg/L，本發明在光照作用下，氯離子在光陽極電極表面生成氯自由基，氯自由基與氨氮發生脫氮反應，從而高效地把氨氮轉化為氮氣實現脫氮。

技術領域

本發明涉及氨氮廢水，特別是一種用于氨氮廢水處理的光電催化-氯自由基氮方法。

技術背景

隨著現代工業化的發展，大量氨氮廢水進入自然水體。氨氮是引起水體富營養化的主要營養物質，濃度過高會對水體造成嚴重污染。現有的氨氮廢水處理技術主要包括生物處理法，如生物硝化反硝化法；環境化工法，如吹脫法、化學沉淀法、折點氯化法、膜分離法、離子交換法、氧化法等，其中生物硝化反硝化法、吹脫氣提法、折點氯化法應用最廣。

生物硝化反硝化脫氮法是目前最主要的脫氮方法，它通過微生物的氨化、硝化、反硝化等生化反應將廢水中的氨氮轉化為氮氣而去除。但是生物法處理時間長，占地面積大，脫氮活性易受水溫、氨氮濃度和重金屬離子等的抑制。吹脫氣提法利用堿性條件下水中氨氮主要以游離氨存在的特性，向水體中通入氣體使氣液之間充分接觸，水中的游離氨穿過氣液界面向氣相轉移，從而達到脫除水中氨氮的目的。但是吹脫氣提法易造成二次污染，且回收的氨氮濃度低。折點氯化法是通過將氯氣通入氨氮廢水中，利用次氯酸將氨氮轉化為氮氣排放，從而去除氨氮。在通入氯氣的過程中，水體中氨氮的濃度隨著氯氣通入量增加而降低，將氨氮濃度降為0的一點稱為折點，此時水體中的游離氯離子的含量也最低。折點氯化法反應需要額外添加氯氣等，處理成本較高。

近年來，在氨氮廢水處理中，發展了一些符合可持續發展理念的氨氮廢水處理技術，如利用太陽光催化的高級氧化技術處理氨氮廢水。由于光催化產生的空穴(E₀＝3.2Vvs.NHE)或羥基自由基HO·(E₀＝2.81V vs.NHE)具有極強氧化能力，能夠實現氨氮的氧化反應。該方法具有反應條件溫和、選擇性好、不受氨氮濃度限制的優點。文獻報道了多篇基于TiO₂粉體光催化劑或者TiO₂納米薄膜電極光電催化處理氨氮廢水的研究(Chemistry andEcology,2013,29,72-85；J Environ Sci(China),2016,50,103-108)。但是光/電催化技術耗能大、效率低，極易將氨氮氧化成NO₂^-和NO₃^-，而難以實現氨氮的根本脫除。此外粉體TiO₂光催化劑還存在著光生電荷復合嚴重、光量子效率較低、且不能吸收可見光的不足。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供一種利用光電催化-氯自由基脫氮方法，通過利用光電催化產生的氧化性極強的空穴或羥基自由基，氧化廢水中的氯離子形成氯自由基，再利用氯自由基易與氨氮反應生成氮氣，從而實現氨氮廢水的高效脫氮。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案如下：

一種用于氨氮廢水脫氮處理的光電催化-氯自由基脫氮方法，其方法的系統包括光陽極、陰極、參比電極、氨氮廢水、光源、電解質溶液、石英反應池和電化學工作站，其特征在于：該方法包括下列步驟：

1)準備光陽極、陰極、參比電極，所述的光陽極為WO₃納米薄膜光陽極，所述的陰極為鉑黑電極，所述的參比電極為甘汞電極；

2)在所述的石英反應池內放置所述的氨氮廢水和電解質溶液，所述的電解質溶液為0.05M硫酸鈉溶液；所述的電解質溶液中添加有20mg/L-3000mg/L的氯離子并將pH調為2.0～6.0，所述的氨氮廢水含氮量為2-50mg/L；