饮用水电化学消毒时共存离子对溴酸盐形成的影响

摘要

采用电化学技术对含有溴化物的饮用水消毒时，共存离子对Br03-副 产物形成过程的影响是一个不可回避的问题。摸清常见无机共存离子对电 化学体系中Br03-生成的影响规律和机理，对于推进电化学消毒技术的规 模化安全应用具有较为重要的现实意义。 本研究采用催化氧化机理不同且具有行业代表性的Ti/Pt电极和掺硼金 刚石膜（BDD)电极作为阳极，在电极间距0.5 cm、电流密度5 mA/cm2的设定条件下，考察了中性环境下水中常见离子（SO42-、CI.、HC03.、NO3.、NH4+、Ca2+、Mg2+)对Br03-形成的影响规律，研究了不同pH、相同离子 强度不同组成等情景下共存离子对Br03-生成的影响效应，并结合电化学 行为、热力学、动力学和溴元素转化过程分析，得出以下主要结论： 1. S042-共存时，S042-浓度增大对Pt电极氧化体系内Br03-的生成产 生抑制作用。3042-在Pt电极上形成过氧硫酸盐和过氧化单硫酸盐占据电 极表面活性位点，减少Br被电极表面直接氧化的几率，从而降低了BKV的生成速率。而共存S042-浓度增大，对于BDD电极体系内Br03-的生成形成促进作用。电生·OH激发S042-产生的SO42-，可能是促进作用的主因; 2.CI-共存的情况下，Pt电极和BDD电极电生次氯酸对Br03-的形成有促进作用。析氯能力较强的Pt电极所生成的HOCl/OCl-会将溴化物氧化为Br03-，加快Br03-的形成速率。B D D电极氧化体系内，主要依靠·OH的间接氧化，不仅可以与Br-反应生成Br03-，还可以将Cl-氧化成ClOH、，在Br-的参与下形成HOBr，进而促进Br03-的形成； 3.HC03-共存时，两种电极氧化体系内反应液p H的升高，都可以促进Br03-的形成。Pt电极体系内HC03-共存时，产生的具有强氧化性的H202加 快了溴化物生成Br03-的反应速率；BDD电极体系内电生·OH能与HC03-/C032-反应生成可以与OBr-反应生成BrO?的HC03?/?C03-,这可能是共存HC03-促进Br03-形成的主要原因； 4.N03-共存时对BrO3-形成的促进作用较为明显。共存N03-15mg/L,初始溴离子浓度2 mg/L的条件下，与未添加N 0 3-时相比，Pt电极和B D D电极体系内，Br03-分别增加了 121.43%和278.36%。N03-容易在阴极发生 还原反应，减少Br03-在阴极与H+的接触几率，减少Br03-的还原，从而增大Br03-的生成浓度； 5.NH4+共存时，会导致反应液p H降低，间接抑制Br03-形成;NH4+与HOBr/OBf反应生成溴胺，减少Br03-的形成，NH4+浓度越大，抑制作用 越强。初始溴离子浓度2mg/L,与未添加NH/相比，投加NH4+2mg/L后，Pt电极和B D D电极体系中活性溴浓度分别下降了 11.76%和24.00%; 6.结合热力学和动力学分析得知，离子共存时，一级反应可以描述Br03-、Br-以及活性溴的浓度变化。相比于Pt电极，B D D电极体系内，电生-OH的无选择性氧化，使得活性溴未出现明显累积。 本研究着重在项目组前期Br03-生成机理研究的基础上，探究主要共存离子存在时，Br03-的生成规律和影响机理。研究的结果可以丰富电化学技术消毒含溴水的机理，为电化学技术的应用提供更完善的理论依据。

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