【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境电化学领域，特别涉及一种用于氨氮废水处理的高选择性析氯阳极的制备及应用。
技术介绍
1、氨氮是各种活性氮中危害最大的一种形态，也是水体污染的标志之一。其过量排放将对生态系统和人类健康构成严重的风险(例如对水生生物有毒、接收水体富营养化、产生恶臭性气味、污染饮用水等)。电化学水处理技术可以完全矿化污染物，且直接利用电量的输入，无需添加额外的辅助化学品，使其在环境修复领域极具竞争力，并作为替代目前水处理技术的一个潜在应用，引起了人们越来越多的研究兴趣。
2、通常，电催化氨氮氧化技术可以分为直接氧化和间接氧化。但是，直接氧化的必要条件至少需要满足两点：(i)反应环境的ph值须调整到大于nh4+/nh3酸碱对的pka值(即ph>9.25)，因nh4+难以吸附至阳极表面，导致其无法在阳极上直接氧化；(ii)需要合适的阳极电位，以便将其氧化产物选择性的转化至氮气，而不是产生过度氧化的产物(如，氮氧化物、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮)。此外，阳极水氧化的效率要远超氨氧化，同时高成本的电极也制约了该技术的实际应用。间接氧化过程中，阳极原位产生强氧化剂，如羟基自由基(ho·)和活性氯。该过程首先通过电化学反应在电极表面生成强氧化剂，然后通过多种途径扩散至体相溶液中，并实现污染物的氧化。相关的研究表明ho·间接氧化nh4+-n起到的作用微乎其微，而活性氯对氨氮的转化则更为有效。
3、氯介导的电化学间接氨氮氧化过程的关键是氯离子(cl-)的阳极氧化。然而传统析氯阳极，如混合金属氧化物电极(mixed metal
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种用于氨氮间接氧化的高选择性析氯电极的制备方法。本专利技术根据氯氧铋(biocl)催化剂对溶液中cl-的吸附及活化特性，采用biocl负载于商用mmo电极表面的策略，利用mmo的金属催化剂层作为欧姆接触层增强电子转移，将biocl作为电催化层来提高电极界面的反应选择性，抑制mmo阳极析氯过程中的析氧副反应，并解决biocl半导体材料导电性差等问题。
2、本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯电极。所制备的阳极材料不仅促进电化学析氯反应的发生，又可实现废水中氨氮的高效去除。
3、本专利技术目的在于提供上述用于氨氮间接氧化的高选择性析氯电极在氨氮废水处理，尤其是在含氯的氨氮废水处理中的应用。
4、本专利技术的目的通过下述方案实现：
5、一种用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将商用mmo电极材料在含铋盐溶液中通过三电极体系或二电极体系对mmo电极材料进行电沉积处理，得到表面包覆铋膜的mmo电极(bi@mmo)；
7、(2)将bi@mmo电极浸泡于含氯溶液中静置进行自组装，获得biocl负载的mmo电极；
8、(3)将biocl负载的mmo电极经高温煅烧增强biocl与mmo电极的结合性，然后再将煅烧后的电极在含氯电解质中电解反应，即得用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极。
9、步骤(1)中所述的商用mmo电极材料在使用之前优选为先进行清洗干燥等预处理以去除表面有机物杂质等，具体步骤如下：将商用金属混合物电极浸泡于有机溶剂中并超声处理5～10min，随后用水冲洗干净，再浸泡于稀酸溶液中并超声处理5～10min，最后用去离子水和无水乙醇反复冲洗电极使之表面干净，并进行干燥处理，即得到预处理的金属电极。其中有机溶剂包括但不限于丙酮、乙醇中的至少一种；稀酸包括但不限于氢离子浓度为0.05-0.1mol/l的盐酸溶液、硫酸溶液和硝酸溶液中的至少一种。
10、步骤(1)中所述的商用mmo电极材料包括但不限于钌铱电极(ruo2-iro2/ti)、铱钽电极(iro2-ta2o5/ti)、锡锑电极(sno2-sb/ti)等中的一种；所述的商用mmo电极材料包括但不限于板状、网状等；
11、步骤(1)中电沉积处理过程中的电沉积液为含铋盐溶液，含铋盐溶液的溶剂为乙二醇与水的混合液，其中乙二醇与水的体积比在1-3之间，含铋盐溶液中的铋盐为硝酸铋、三氯化铋等中的至少一种；所述的含铋盐溶液的浓度为0.05～0.15mol/l。
12、步骤(1)中所述的三电极体系是由电化学工作站所控制的三电极体系装置，主要包含工作电极、对电极以及参比电极，其中mmo电极材料作为工作电极，对电极优选为pt电极，参比电极优选为ag/agcl电极；
13、步骤(1)中所述二电极体系是指由直流电源所控制的二电极体系装置，主要包含阴极和阳极，其中pt电极作为阳极，mmo电极材料作为阴极。
14、步骤(1)中所述电沉积的电流密度控制在3～6ma/cm2，沉积时间为3～6min。
15、步骤(1)中电沉积处理后优选为用水冲洗干净后干燥再进行步骤(2)的操作，其中干燥优选为60℃烘干。
16、步骤(2)中用于自组装的含氯溶液，cl-浓度在0.5～1.5mol/l，含氯溶液ph在1.5～3.0之间；用于自组装的含氯溶液优选为nacl溶液。
17、步骤(2)中用于自组装过程的含氯溶液温度在20～40℃之间；静置时间为12-36h。
18、步骤(3)中所述的高温煅烧温度为400～600℃，煅烧时间为1～3h，升温温度为4～6℃/min。
19、步骤(3)中所述的含氯电解质是指由nacl和kcl等氯盐药剂中的至少一种配置而成的水溶液，其中含氯电解中氯离子的浓度为0.01～1.00mol/l，ph＝5～8；
20、步骤(3)中所述的电解反应是指以煅烧后的电极为阳极，不锈钢电极为阴极进行电解反应，其中电解时间为1～5h，电流密度为3～15ma/cm2；电解可以使biocl吸附溶液中的氯离子以修复煅烧过程中biocl中因高温损失的氯元素，以维持biocl晶格的完整性。
21、一种由上述方法制备得到的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极。
22、上述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极在废水中氨氮及其他污染物的去除，尤其是在含氯废水中氨氮的去除。
23、本专利技术的机理为：
24、biocl中cl原子比o原子具有更强的电负性，在电场的刺激下其层间cl被优先氧化为cl·进而形成cl2。由于biocl的pksp为30.75([bio][cl-]＝1.8×10-31m2)，从而促使溶液中的cl-向缺乏cl的biocl本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
9.一种由权利要求1-8任一项方法制备得到的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极。
10.根据权利要求9所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极在废水中氨氮及其他污染物的去除，尤其是在含氯废水中氨氮的去除。
【技术特征摘要】
1.一种用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的用于氨氮间接氧化的高选择性析氯阳极的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯春华，严樟，旷文杰，郑文笑，傅恒奕，李晗，雷振超，朱世殊，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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