一种用于氧化废水中氨氮的金属电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种用于氧化废水中氨氮的金属电极及其制备方法与应用，涉及电化学水处理技术领域，具体包含以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种用于氧化废水中氨氮的金属电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学水处理
，具体涉及一种用于氧化废水中氨氮的金属电极及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]工业
、
农业和生活污水的大量排放，氮肥的损失和含氮有机物的分解，不可避免地会直接或间接产生大量的氨氮污染，从而导致水污染
。
近些年我国氨氮排放量明显高于水体容纳的环境容量，氨氮超过化学需氧量，成为影响水环境质量的最重要指标
。
通过对流域水污染控制方案的专项审查，明确了氨氮在最下游断面的表现氨氮超标，氨氮达标率也较低
。
全国地表水流国控断面氨氮含量为
19.2%
，断面总氨氮平均浓度为
1.9mg/L
，仅为
V
标准水平
。
根据中国环境统计局的年度报告，中国废水中的氨氮总量约为
120
万吨，约为接受能力的四倍
。2020
年，在七个主要集水区和主要河流监测的
1614
个水质断面中，
11.7%
的水质为
IV~
劣
V
类
。
[0003]为了减少氨氮的危害，迫切需要找到一种合适的氨氮去除方法
。
传统的氨氮去除方法包括生物法
、
空气吹脱法
、
化学沉淀法
、
折点氯化法
、
膜分离法
、
离子交换法等
。
但由于成本高
、
副产物多
、
反应速度低，不适合大规模应用
。
相比之下，氨氮的电催化氧化由于其温和的条件
、
反应速度快和良好的氮气选择性而逐渐发展起来
。
氨氮的电催化氧化是使用阳极进行的
。
[0004]阳极材料在氨氮的电化学氧化中起着至关重要的作用
。
在氨氮电氧化领域，研究主要集中在开发高效
、
经济高效的电极材料上
。
目前，氨氮的电化学氧化去除主要在含有贵金属（如
Pt、Ir
和
Ru
）催化剂材料的氯导体体系中进行，以提高氨氮电氧化的效率和氮气的选择性
。
然而，贵金属电极在实际加工过程中容易中毒，其高昂的价格和复杂的生产工艺使其难以广泛应用；高浓度氯离子系统容易受到二次污染，也会腐蚀设备；由于活性氯与氨氮反应生成氯胺，与废水中的有机化合物，特别是含有苯环的有机化合物反应生成卤代副产物，这些物质具有很高的毒性
。
针对上述缺点，迫切需要一种来源广
、
性能高
、
成本低
、
能直接电化学氧化废水中氨氮的材料
。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述问题，提供了一种用于氧化废水中氨氮的金属电极及其制备方法与应用，解决了现有技术中电极材料成本高
、
生产工艺复杂
、
易造成二次污染等问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种用于氧化废水中氨氮的金属电极的制备方法，具体包含以下步骤：
S1
：对金属材料进行预处理，得到预处理的金属材料；
S2
：将预处理的金属材料浸泡入金属离子溶液中，高温煅烧，再冷却至室温；
S3
：重复上述步骤
S2
中的浸泡和高温煅烧操作，得到用于氧化废水中氨氮的金属
电极
。
[0007]进一步地，所述步骤
S1
中，金属材料为金属钛
、
铜
、
锡
、
镍
、
钴
、
锌中的一种，形状为箔状
、
板状
、
网状或泡沫状中的一种
。
[0008]进一步地，所述步骤
S1
中，预处理的方法具体为：醇洗：先将金属材料浸泡在无水乙醇中并超声处理
10
‑
30min
，再用去离子水冲洗；酸洗：将醇洗过的金属材料浸入
0.1 mol/L
的稀盐酸溶液中，并进行超声处理
10
‑
30 min
；最后，重复3‑5次醇洗和酸洗步骤，用去离子水冲洗并干燥即可
。
[0009]进一步地，所述步骤
S2
中，金属离子为铜离子
、
锡离子
、
镍离子
、
钴离子
、
锌离子中的两种
。
[0010]进一步地，所述步骤
S2
中，高温煅烧方法为在空气气氛中煅烧，加热速率为3‑
5℃/min
，在
400
‑
700℃
保温1‑
2h。
[0011]进一步地，所述步骤
S3
中，重复浸泡和高温煅烧操作的次数为3‑5次
。
[0012]本专利技术还提供了一种用于氧化废水中氨氮的金属电极的制备方法制备得到的金属电极
。
[0013]本专利技术还提供了一种上述金属电极在电催化氧化氨氮中应用
。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术中，通过将预处理后的金属材料多次浸泡在金属离子溶液中并高温煅烧，降低了氨氮电化学氧化的反应能垒，改变了反应路径；此外，金属纳米颗粒在电极表面的存在提供了更大的电极比表面积和更多的反应位点，使得金属电极在电化学氨氮氧化过程中具有氨氮电化学氧化去除率快
、
在无氯条件下氮气选择性高
、
无二次污染和操作能耗低的特点
。
通过在反应器中调节阴极材料的面积，以在整个反应过程中调节溶液的
pH
值，确保电极的化学稳定性，并保证电化学氨氮氧化系统的活性和稳定性，以便长期运行
。
本专利技术的金属电极制备方法简单，可以在常温和常压下进行，制备周期短，制备成本低；所用原材料均为商业金属材料，产量大
、
来源广
、
成本低
。
本专利技术工艺制备的金属电极可用于处理氧化实际废水及去除大量有机物
。
附图说明
[0015]图1是本专利技术不同
NaOH
量随时间变化的氨氮去除效果图；图2是本专利技术不同阳极电流密度随时间变化的氨氮去除效果图；图3是本专利技术不同阴极电流密度随时间变化的氨氮去除效果图；图4是本专利技术不同初始氨氮浓度随时间变化的氨氮去除效果图
。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于氧化废水中氨氮的金属电极的制备方法，其特征在于：具体包含以下步骤：
S1
：对金属材料进行预处理，得到预处理的金属材料；
S2
：将预处理的金属材料浸泡入金属离子溶液中，高温煅烧，再冷却至室温；
S3
：重复上述步骤
S2
中的浸泡和高温煅烧操作，得到用于氧化废水中氨氮的金属电极
。2.
根据权利要求1所述的一种用于氧化废水中氨氮的金属电极的制备方法，其特征在于：所述步骤
S1
中，金属材料为金属钛
、
铜
、
锡
、
镍
、
钴
、
锌中的一种，形状为箔状
、
板状
、
网状或泡沫状中的一种
。3.
根据权利要求1所述的一种用于氧化废水中氨氮的金属电极的制备方法，其特征在于：所述步骤
S1
中，预处理的方法具体为：醇洗：先将金属材料浸泡在无水乙醇中并超声处理
10
‑
30min
，再用去离子水冲洗；酸洗：将醇洗过的金属材料浸入
0.1 mol/L
的稀盐酸溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛宇宙，王宣宣，张海洋，刘情，冯梦茹，丁子墨，储家越，朱文燕，李致春，
申请(专利权)人：宿州学院，
类型：发明
国别省市：