氨氮降解-发放

1、氨氮废水电化学降解一、实验目的（1）、氨氮降解电极的性能测定；（2）、了解氨氮降解的电极过程及降解机理；（3）、认识各种因素对氨氮降解的影响规律二、实验原理 采用电催化处理氨氮废水，氨氮废水内的氨氮存在形式分为：无机铵根离子与有机氨氮；这两种形式的氨氮均可通过直接或间接电化学氧化技术进行降解。直接电化学氧化过程：废水内的氨氮可在电极表面直接失去电子，被氧化降解；间接电化学氧化：电极表面产生具有氧化性的物质，对溶液内的氨氮进行降解，如溶液内的Cl-，Cl-在电极表面失去电子转变为具有氧化性的Cl2、ClO-，进而氧化氨氮，主要过程：NH3+HOClNH2Cl+H2O (1)NH2Cl+HOClN

2、HCl2+H2O (2)NH2Cl+NHCl2N2+3H+3Cl-(3)三、主要仪器及耗材3.1仪器直流电源 1台；蓝电电池测试系统 1台 分析天平 1台烧杯250 mL 6个移液管1 mL 10支比色管50 mL 20支紫外分光光度计 1台电解槽 2台套酸式滴定管 2支；3.2试剂硫酸钠、硝酸钾、过硫酸钾、氯化钠、盐酸、氢氧化钠、硫酸钠四、实验内容与步骤1 电极性能表征（1） 稳态极化曲线的测定1）、析氧极化曲线：在0.5mol/L的硫酸水溶液中，1.01.8v（vs.汞/氯化汞电极）扫描范围内，以1mv/s扫描速度作线性扫描伏安曲线，测定不同研究电极的析氧电位。2）、析氯极化曲线：在1 m

3、ol/L NaCl水溶液中，在1.01.8v（vs.汞/氯化汞电极）扫描范围内，以1mv/s扫描速度作线性扫描伏安曲线，测定不同研究电极的析氯电位。3）、分别测定不同电极在0.5mol/LNa2SO4、0.45mol/LNa2SO4+0.05mol/L（NH4）2 SO4、0.45mol/LNa2SO4+0.05mol/L尿素、1mol/L NaCl、0.9mol/LNaCl +0.1mol/LNH4Cl、1mol/L NaCl+0.05mol/L尿素的极化曲线，在1.01.8v（vs.汞/氯化汞电极）扫描范围内，以1mv/s扫描速度作线性扫描伏安曲线，测定不同研究电极性能。（2）循环伏安曲线

4、的测定分别测定不同的电极，在0.5mol/LNa2SO4、0.45mol/LNa2SO4+0.05mol/L（NH4）2 SO4、0.45mol/LNa2SO4+0.05mol/L尿素、1mol/L NaCl、0.9mol/LNaCl +0.1mol/LNH4Cl、1mol/L NaCl+尿素的循环伏安曲线，在1.01.8v（vs.汞/氯化汞电极）扫描范围内，以50mv/s扫描速度作扫描循环伏安曲线（3）电极快速寿命测定 电极快速寿命测定：在1mol/L硫酸溶液内，选取电极面积为1cm2，以恒流电源提供1A的电流进行电解，直到槽电压（即恒流电源上显示电压）达到10v，即为电极寿命终点。（4）电

5、极表面粗糙度测定 通过循环伏安曲线可测试电极表面的相对粗糙度Rf，由于电极涂层是导体氧化物，双电层充电电流同双电层电容紧密相关。在电极/溶液界面上的双电层充电电流同扫描速率呈线性关系。方法：在0.035M的硫酸钠溶液中电极在一定电位范围内（无氧化还原电流，开路电位附近）的循环伏安图近似为上下对称的矩形，扫描速率分别为2、4、6、8、10、20、30、40、50 mv/s。数据处理：从电流电压曲线，可以得到某一电位下的电流值，可得到该电位处电流与扫描速率的线性方程：I（A）=a *（vs-1）+b （a，b为曲线的斜率及常数）方程中曲线的斜率即为电极的双电层电容。为测定电极的相对粗糙度，假定具有

6、光滑表面的氧化物电极的电容为60F/cm2，则可以得到所测电极的粗糙度Rf值，Rf=a/60(F/cm2)。（5）电极产生羟基自由基能力的测定 1）. 组装电解装置，以20mm50 mm 的电极为阳极, 用相同尺寸的铜片为阴极, 电解液体积为100mL, 其中含0.5mmo l /L对苯二甲酸、2.0mmo l/L NaOH 和0.25mo l/L Na2SO4。2）. 电流密度控制在10、20、30 mA / cm2, 在电解0 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min分别取样2 mL, 稀释10倍进行荧光光谱分析。2-羟基对苯二甲酸用荧光光

7、谱仪测定, 激发波长和发射波长分别为315和425 nm。2 低浓度氨氮废水的电化学降解（1）无机铵根离子（600-700mg/L）的降解1）、选择阳极及阴极，确定两电极之间极间距，将电极与电源连接好。2）、配制含有氨氮废水水样（含有c（NH4+）=600mg/L，c（Cl-）=50g/L）测定初始时废水水样pH值。取200ml到烧杯内，改变电流大小，分别为（10mA/cm2、20mA/cm2、30mA/cm2、40mA/cm2、50mA/cm2），定时取出溶液（5ml）进行废水内氨氮的检测。下表为取样时间： 取样时间电流10mA/cm2120min240min360min480 min600

8、 min20mA/cm260min120min180 min240min300 min30mA/cm240min80min120min160min200 min40mA/cm230min60min90 min120 min150 min50mA/cm224min48min72 min96 min120 min3）、从步骤2）中选择电流效率高，能耗低的条件下，进行氨氮废水水样pH值的变化，采用盐酸、氢氧化钠将氨氮（含有c（NH4+）=600mg/L，c（Cl-）=50g/L）水样调到pH为4、5、6、7、8、9、10，进行氨氮废水的降解，取样时间，按照步骤2）中选好的条件进行。4）、从步骤2）、

9、3）过程中，选择电流效率高，能耗低的电流密度及pH值，进行溶液内Cl-含量变化对氨氮降解效果的影响，改变氯离子（0、20g/L、50g/L），按所选步骤2）的时间进行取样分析。（2）尿素溶液（c（NH3-N）=600-700mg/L）的降解 实验步骤同4.1.1 无机铵根离子的降解。在改变氯离子浓度的过程中，在尿素溶液内Cl-含量为0时，注意添加一定量的硫酸钠，使废水水样内c（Na2SO4）=0.25mol/L。3 高浓度氨氮（20000mg/L）废水的降解（1） 组装电解槽，将电极同直流电源连接好，阳极室注入废水（c（NH4+）=20000 mg/L；c（SO42-）= 100 g/L, c

10、（Cl-）= 80 g/L）150 ml，阴极室注入氢氧化钠（c（NaOH）=1 mol/L）150 ml。（2） 将废水在电流密度为 500 mA/cm2（根据情况确定）的条件下进行电解5小时，分别在0h，1h，2h，3h，4h、5h取样进行氨氮含量及阴阳极室溶液酸碱浓度的分析。5 实验数据处理记录实验数据，将所有原始数据列表，用origin作图处理数据，并进行分析讨论。附：1 氨氮的测定采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法使用范围：本法可测定水中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨及大部分含氮化合物中氮的总和。氮的最低检出浓度为0.050mg/L，测定上限为4mg/L。测定中干扰物主要

11、是碘离子与溴离子，碘离子相对于总氮含量的2.2倍以上，溴离子相当于总氮含量的3.4倍以上有干扰。原理：在60以上水溶液中，过硫酸钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促进分解过程趋于完全。分解出的原子态氧在120-124条件下，可使水样中含氮化合物的氮元素转化为硝酸盐。并且在次过程中有机物同时被氧化分解。可用紫外分光光度法于波长220和275nm处，分别测出吸光度A220及A275按式（1）求出校正吸光度A： A=A220 - A275 （1）按A的值查校准曲线并计算总氮（以NO3-N）含量。试剂及材料：1）、水，无氨。2）、氢氧化钠溶液，

12、200g/L：称取20g氢氧化钠，溶于无氨水中，稀释至100ml，3）、氢氧化钠溶液，20g/L：将2）溶液稀释10倍而得。4）、碱性过硫酸钾溶液：称取40g过硫酸钾，另称取15g氢氧化钠，溶于无氨水中，稀释至1000ml，溶液存放在聚乙烯瓶内，最长可贮存一周。5）、盐酸溶液,1+9.6)、硝酸钾标准溶液、硝酸钾标准贮备液，CN=100mg/L;硝酸钾在 105110烘箱中干燥3h，在干燥器中冷却后，称取0.7218g，溶于水中，移至1000ml容量瓶中，用水稀释至标准线在010暗处保存，或加入12ml三氯甲烷，可稳定6个月。、硝酸钾标准使用液，CN=10mg/L：将溶液，稀释十倍而得，使用时

13、配制。7）、硫酸溶液，1+35分析步骤：1）、测定：用无分度吸管取10.00ml试样（CN超过100g时，可减少取样量并加水稀释至10ml），置于比色管中。、试样不含有悬浮物时，按下述步骤进行A、 加入5ml碱性过硫酸钾溶液，塞紧磨口塞用布及绳等方法扎紧瓶塞，以防弹出。B、 将比色管置于医用手提蒸汽灭菌器中，加热，使压力表指针到1.11.4kg/cm2，此时温度达到120124后开始计时。或将比色管置于家用压力锅中，加热至顶压阀吹气时开始计时。保持次温度加热半小时。C、 冷却、开阀放气，移去外盖，取出比色管并冷却至室温。D、 加盐酸（1+9）1ml，用无氨水稀释至25ml标线，混匀。E、 移取

14、部分溶液至10mm，石英比色管中，在紫外分光光度计上，以无氨水作参比，分别在波长为220与275nm处测定吸光度，并用（1）计算出校正吸光度A。2）、空白实验空白实验除以10ml无氨水代替原料外，采用与测定完全相同的试剂，用量和分析步骤进行平行操作。3）、校准校准系列的制备：A、 用分度吸管向一组（10支）比色管中，分别加入硝酸盐氮标准使用溶液0.0、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00ml。加水稀释至10.00ml。B、 按1）测定步骤进行测定。校准曲线的绘制：零浓度（空白）溶液和其他硝酸钾标准使用溶液制得的校准系列完成全部分析步骤，于波长220nm和275nm处测定吸光度后，分别按下式求出处零浓度外其他校准系列的校正吸光度AA和零浓度的校正吸光度Ab及其差值AtAA= AA220- 2AA275Ab= Ab220