一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，属于污水处理领域。本发明专利技术以Co3O4/Fe3O4/CNTs复合材料为分散电极，通过三维电极电解槽，并通过向电解槽的废水中投加氯盐电解质，进而对水中硝酸盐进行处理。本发明专利技术利用Fe3O4的磁性以及催化性能协同Co3O4对硝氮良好的催化性能，结合含氯电解质，可实现高传质速率，以较低电流密度提供较大的电流强度，具有电流效率高、处理效果好、处理量大、能耗低的优势。能耗低的优势。能耗低的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法


[0001]本专利技术属于污水处理领域，更具体地说，本专利技术公开了一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法。

技术介绍

[0002]随着快速的农业化和工业化发展，受大量含氮物质污染的废水或者污水直接排入了自然水体中，给人类的身体健康和生态系统的可持续性带来了巨大危害和影响。其中硝酸根作为环境中最稳定的含氮物质被广泛发现存在于表面水体中和地下水中。不幸的是，水体中较高浓度的硝酸根会给人体和生态圈带来一系列负面的影响，比如含有较高硝酸根浓度的湖泊或者海洋，容易导致水华和赤潮现象的发生，打破原有的生态平衡。其次，婴儿饮用被高浓度硝酸根污染的水容易诱发“蓝色婴儿综合症”，进而影响婴儿的成长甚至威胁他们的生命安全。世界卫生组织报告认为饮用水中的硝酸盐应该低于50mg/L。很多地区检测水体中的硝酸根的浓度大大超过规定的饮用水标准。因此，削减水体中的硝酸根污染迫在眉睫。
[0003]目前常用的处理含硝酸盐氮废水的方法包括：(1)离子交换脱氮法：利用离子交换树脂中的阴离子与污水中特定的阴离子硝酸根进行离子交换，从而达到选择性去除硝酸盐的目的，此技术虽然具有操作运行成本低，设备简单且可多次再生使用，但是离子交换树脂频繁的再生，以及后续再生液的进一步的处理无疑增加了工艺的成本以及繁琐程度；(2)反渗透法：其工作原理是在只允许液体透过的反渗透膜的一侧施加大于渗透压的压力，则浓水中的溶剂即水分子将流向淡水的区域，实现盐分离以及水淡化的效果。反渗透技术可得到较为纯净的水质，但是在连续处理过程中的膜污染问题，导致寿命降低，修复困难，极大增加了处理成本以及处理工序的步骤。(3)生物脱氮技术(氢自养反硝化脱氮技术)：指以清洁无毒的氢气作为电极供体，从而实现硝酸盐高效绿色去除的生物脱氮技术。该技术大大减少了剩余污泥的产生，利于运行成本的削减，且绿色环保高效，但由于氢气的储存，运输以及使用所伴有的安全隐患，相对较高的成本，较低的溶解性进一步限制了其发展与应用。(4)光催化脱氮技术：其基本原理是半导体催化剂(如TiO2)在合适波段的光激发下，在其导带产生具有还原能力的电子以及在其价带产生具有氧化能力的空穴。接着硝酸根通过与导带的电子相互作用而被还原降解或与价带空穴和空穴牺牲剂(如甲酸)反应生成的产物(如CO2·
‑
)进行反应。该技术具有高效、可持续性、操作简单安全、绿色的优点，但是目前光催化降解硝酸盐仍然普遍存在催化剂光响应范围较窄，光生载流子复合严重，表面反应动力学缓慢，以及需要添加空穴牺牲剂，不仅导致成本的提高，也认为了提高了环境中有机碳的含量，造成二次污染。
[0004]因此，建立一种快速有效的、不产生二次污染的硝态氮废水处理方法，不仅有着重要的科学意义和研究价值，同时具有广阔的市场前景。

技术实现思路

[0005]1.要解决的问题
[0006]本专利技术的目的针对现有技术的不足，本专利技术提供一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，将Co3O4/Fe3O4/CNTs作为分散电极加入硝氮废水，同时在硝氮废水中加入含氯电解质，施加直流电压后对废水进行脱氮处理；Fe3O4的磁性以及催化性能协同Co3O4对硝氮良好的催化性能，结合含氯电解质，可实现高传质速率，以较低电流密度提供较大的电流强度，具有电流效率高、处理效果好、处理量大、能耗低的优势。
[0007]2.技术方案
[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术提供一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，包括：将含硝酸盐氮废水导入电解槽，在所述含硝酸盐氮废水中加入电解质盐组成电解液；然后将 Co3O4/Fe3O4/CNTs作为分散电极加入电解槽，并在正极板和负极板间施加直流电压；所述电解质盐为可溶性氯盐，所述电解质盐用于为含硝酸盐氮废水提供氯离子。
[0010]本专利技术利用Fe3O4的磁性以及催化性能，协同钴氧化物对硝氮良好的催化性能，形成新的复合分散电极，创新性地形成分散电极Co3O4/Fe3O4/CNTs对硝氮进行降解脱氮。Co3O4和 Fe3O4对硝酸根有较好的催化作用，碳纳米管具有良好的导电性能和较大的比表面积，是优秀的电极材料。在碳纳米管上附着Fe3O4、Co3O4，可有效防止Fe3O4和Co3O4的团聚，充分发挥比较面积的优势。
[0011]同时，Fe3O4和Co3O4可以使三维电极具有磁性可回收性，由此可以依靠Fe3O4和Co3O4的磁性，回收分散电极，避免二次污染以及重复使用。利用本专利技术的分散电极处理相同浓度的废水，其处理效果相比较同时使用同等质量的Co3O4/CNTs和Fe3O4/CNTs混合分散电极，硝氮脱氮率可提升20％
‑
30％。
[0012]结合上述分散电极，本专利技术在废水中进一步加入电解质，电解质可以在阴、阳两极引起氧化还原反应，加快反应进程；同时，通过电解质引入一定浓度的氯离子，氯离子在电解过程中产生次氯酸根，其具有强氧化性，能将Co3O4/Fe3O4/CNTs催化硝酸根产生的氨根离子氧化成氮气，进一步提高脱氮效果。
[0013]不仅如此，结合本专利技术的分散电极Co3O4/Fe3O4/CNTs所采用的三维电极构成，在两个基础电极之间加入大量的分散粒子，在电场作用下，如图1所示，每个粒子都会因静电感应而带上正负电荷，成为一个个独立的微电解池，电催化氧化反应在各个电极与溶液界面同时进行，大大增加单元槽体积的电极面积，每个微电解池的阴极和阳极的近距离，从而传质速率高。因此，本专利技术能以较低电流密度提供较大的电流强度，相比较现有技术，具有电流效率高、处理效果好、处理量大、能耗低的优势。
[0014]优选地，电解质盐为氯化钠。
[0015]优选地，电解质盐的添加量与Co3O4/Fe3O4/CNTs的添加量之比为0.6
‑
1.2g：2.5
‑
10g。
[0016]优选地，加入所述电解质盐后，电解液中的氯离子浓度至少为0.01mol/L。
[0017]优选地，Co3O4/Fe3O4/CNTs分散电极中的Co3O4、Fe3O4和CNTs的质量比为(2
‑
5)：(2
‑
5)： 1，实现最佳脱氮效果。
[0018]优选地，直流电压为8
‑
12V，电解液的pH为5
‑
11。作为进一步优选地水处理过程参
数，电解时间为3h，正负极板的材料为钛板。值得说明的是，本专利技术尤其适用于处理硝酸根的质量浓度为200mg/L的硝氮废水，可实现极好的处理效果。
[0019]优选地，Co3O4/Fe3O4/CNTs的粒径为10
‑
30μm。
[0020]优选地，电解质盐的添加量为0.6
‑
1.2g/L，Co3O4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，其特征在于，包括：将含硝酸盐氮废水导入电解槽，在所述含硝酸盐氮废水中加入电解质盐组成电解液；然后将Co3O4/Fe3O4/CNTs作为分散电极加入电解槽，并在正极板和负极板间施加直流电压；所述电解质盐为可溶性氯盐，所述电解质盐用于为含硝酸盐氮废水提供氯离子。2.根据权利要求1所述的一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，其特征在于：所述电解质盐为氯化钠。3.根据权利要求1所述的一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，其特征在于：所述电解质盐的添加量与Co3O4/Fe3O4/CNTs的添加量之比为(0.6
‑
1.2)：(2.5
‑
10)。4.根据权利要求1所述的一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，其特征在于：加入所述电解质盐后，电解液中的氯离子浓度至少为0.01mol/L。5.根据权利要求1所述的一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，其特征在于：所述Co3O4/Fe3O4/CNTs分散电极中的Co3O4、Fe3O4和CNTs的质量比为(2
‑
5)：(2
‑
5)：1。6.根据权利要求1所述的一种基于Co3O4/Fe3O4/CNTs复合分散电极的含硝酸盐氮废水处理方法，其特征在于：所述直流电压为8
‑
12V，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜笔存，谈艳，潘阳，戴祖明，
申请(专利权)人：南京环保产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：