活性炭及锰改性活性炭阴极去除氨氮的研究

摘要

制备了AC/PTFE和MnO2/AC/PTFE两种阴极，与Ti/RuO2阳极构成电解体系，在隔膜电解槽中，以氯化铵和硫酸铵模拟氨氮废水作为研究对象，研究电化学氧化去除氨氮的效果、分析了氨氮去除机理。
　　 以AC/PTFE为阴极，考察了不同电解参数对阴极室和阳极室氨氮去除的影响。结果表明，曝气、电流密度、电解液的初始pH值、氯离子浓度等因素对氨氮去除有较大影响，其中，在阴极冲入空气可以明显提高阴极室氨氮的去除效果，对阳极室的影响较小;而电解液中氯离子存在，对阳极室氨氮的去除速率有显著影响，对阴极室的影响不大。通过离子色谱法对反应中间产物的检测，结合电化学反应产物分析，认为无氯离子存在时，阴极室和阳极室氨氮的产物均有硝酸根生成，有氯离子存在时，阳极室还会生成少量的氯胺。
　　 采用活性炭还原高锰酸钾方法制备的MnO2/AC电极复合材料，经过SEM、XRD、XPS的测试结果表明，掺杂后的锰元素最终以+4价态存在，Mn4+/Mn3+的相互转化，可以促进羟基自由基的生成，加快对氨氮的去除速率。以MnO2/AC/PTFE作为阴极，对于氯化铵模拟废水，氨氮初始浓度为90mg/L，硫酸钠浓度为0.1mol/L，电流密度39mA/cm2，电解液初始pH值为8.25，电极间距离3cm，反应100min，阴极室氨氮的去除率达97.8％，是AC/PTFE电极的1.1倍，阳极室氨氮去除率达100％。相同条件下，对于硫酸铵模拟废水，电解100min，阴极室和阳极室氨氮去除率分别达98.3％、93.5％，均高于AC/PTFE电极。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 氨氮废水处理方法的研究现状

1．2．1 氨氮废水的来源、种类和危害

1．2．2 氨氮废水的处理方法

1．3 电化学氧化法去除水中氨氮的研究进展

1．3．1 电化学氧化法去除氨氮的原理

1．3．2 电化学氧化电极的制备研究

1．3．3 电化学氧化氨氮存在的问题

1．4 课题的研究目的及内容

1．4．1 课题研究的目的

1．4．2 课题研究的内容

第2章 实验方法

2．1 实验仪器及药品

2．1．1 化学试剂与材料

2．1．2 实验仪器

2．2 材料的制备及表征

2．2．1 电极的制备

2．2．2 表观形貌及结构分析

2．3 分析方法

2．3．1 H2O2浓度的测定

2．3．2 ?OH的检测

2．3．3 NO2ˉ、NO3ˉ和Clˉ的测定

2．3．4 氯胺的测定

第3章 AC／PTFE电极对氨氮废水去除的研究

3．1 AC／PTFE电极的制备

3．2 AC／PTFE电极对NH4Cl废水中氨氮去除影响因素的研究

3．2．1 氨氮去除效果及机理分析

3．2．2 电解条件对氨氮去除的影响

3．3 AC／PTFE电极对（NH4）2SO4废水中氨氮去除影响因素的研究

3．3．1 氨氮去除效果及机理分析

3．3．2 去除氨氮影响因素的研究

3．4 本章小结

第4章 MnO2／AC／PTFE电极对氨氮废水去除的研究

4．1 MnOx／AC材料的制备及表征

4．1．1 MnOx／AC材料的制备

4．1．2 MnOx／AC的扫描电镜(SEM)测试

4．1．3 MnOx／AC的X-射线衍射(XRD)测试

4．1．4 MnOx／AC的X-射线光电子能谱(XPS)测试

4．2 MnO2／AC／PTFE电极去除氨氮的研究

4．2．1 去除NH4Cl废水中氨氮的研究

4．2．2 去除(NH4)2SO4废水中氨氮的研究

4．3 MnO2／AC／PTFE电极去除氨氮机理的分析

4．3．1 过氧化氢检测

4．3．2 羟基自由基检测

4．3．3 机理分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文

声明