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    鎳銅層狀雙金屬氫氧化物/碳布電極的制備及其電催化氧化氨氮性能

    2023-10-19 07:28:48游葭寧崔建國(guó)
    化工環(huán)保 2023年5期

    游葭寧,崔建國(guó),張 峰

    (太原理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山西 晉中 030600)

    高濃度氨氮工業(yè)廢水的排放是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一,此類廢水pH差異大,但大多集中在9~13范圍內(nèi)[1-4]。廢水中的氨氮以游離態(tài)氨(NH3)和離子態(tài)銨(NH4+)的形式存在,當(dāng)pH高于9.25時(shí),氨氮主要以游離態(tài)氨的形式存在,其生物毒性比離子態(tài)銨高幾十倍[5]。因此,氨氮廢水的有效處理被認(rèn)為是環(huán)保研究的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。傳統(tǒng)生物處理法對(duì)高濃度氨氮工業(yè)廢水的耐受性較差,高氨氮濃度、高pH及有毒污染物都可能影響微生物的活性,降低反應(yīng)效率。電催化氧化技術(shù)因操作簡(jiǎn)便、效率高、對(duì)污染物耐受性高等優(yōu)點(diǎn),為強(qiáng)堿性高濃度氮氮工業(yè)廢水的預(yù)處理提供了新的思路[6]。開(kāi)發(fā)具有高電催化性能與穩(wěn)定性的低成本陽(yáng)極材料是該技術(shù)的關(guān)鍵。近年來(lái),層狀雙金屬氫氧化物(LDH)由于低成本、高氧化還原活性、環(huán)境友好等特點(diǎn),在電催化領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Γ?]。鎳基多金屬(如NiFe[8]和NiV[9])氫氧化物,已被證明在電解水中具有優(yōu)異的催化性能。Cu是促進(jìn)氨氮電化學(xué)氧化最活躍的金屬之一,因其具有高導(dǎo)電性和豐富的活性位點(diǎn)[10]。然而,Cu與N原子的結(jié)合能力較弱,這在一定程度上限制了其催化氧化氨氮的性能。而Ni能強(qiáng)烈結(jié)合N原子,在Cu和Ni的協(xié)同作用下,鎳銅層狀雙金屬氫氧化物(NiCu-LDH)有望成為電化學(xué)氧化氨氮的優(yōu)良催化電極。

    本研究以碳布(CC)為基底,通過(guò)水熱法制備了NiCu-LDH/CC電極,評(píng)價(jià)了其電催化氧化氨氮的性能,并將催化電極用于處理模擬強(qiáng)堿性氨氮廢水,考察了應(yīng)用電位、初始廢水pH、初始氨氮質(zhì)量濃度等因素對(duì)氨氮去除效果及產(chǎn)物選擇性的影響,最后通過(guò)循環(huán)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了該電極的穩(wěn)定性。

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 電極的制備

    CC基底的預(yù)處理:將CC(20 mm×30 mm×0.36 mm,蘇州晟爾諾科技有限公司)浸泡于2 mol/L鹽酸中超聲處理20 min,再依次于丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗20 min,置于真空干燥箱中,60 ℃烘干備用。

    采用水熱法合成電極材料。按一定Ni與Cu的摩爾比稱取六水合硝酸鎳、三水合硝酸銅,總量為5 mmol,加入10 mmol尿素,充分溶解于去離子水中。將80 mL混合溶液轉(zhuǎn)入聚四氟乙烯內(nèi)襯中,加入預(yù)處理好的CC,密封于100 mL反應(yīng)釜內(nèi),置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中于120 ℃加熱反應(yīng)12 h。水熱反應(yīng)結(jié)束后,取出產(chǎn)物,用無(wú)水乙醇、去離子水反復(fù)清洗數(shù)次,放入真空干燥箱,于60 ℃干燥12 h,得到NiCu-LDH/CC電極。在1 mol/L KOH溶液中通過(guò)循環(huán)伏安法激活電極,掃描區(qū)間0.6~2.1 V(相對(duì)于可逆氫電極,下同),掃描速率100 mV/s,掃描200圈。

    1.2 電極的表征

    采用荷蘭帕納科公司Aeris型X射線衍射儀分析電極材料的晶體結(jié)構(gòu)。采用上海辰華公司CHI600E型電化學(xué)工作站測(cè)試電極材料的電化學(xué)性能:在三電極體系下,分別以Hg/HgO電極(1 mol/L KOH)和Pt電極作為參比電極和對(duì)電極,制備好的NiCu-LDH電極為工作電極,以0.5 mol/L KOH溶液或0.5 mol/L KOH+55 mmol/L氨氮(用(NH4)2SO4配制)混合溶液為電解質(zhì)溶液,進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試、線性伏安測(cè)試及電化學(xué)交流阻抗測(cè)試。

    1.3 氨氮廢水的處理實(shí)驗(yàn)

    以(NH4)2SO4作為氨氮來(lái)源,配制模擬氨氮廢水。取70 mL一定濃度的廢水于100 mL密封電解池中進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間電解實(shí)驗(yàn)。在三電極體系下,以電化學(xué)工作站作為工作電源,控制應(yīng)用電位。電解槽置于恒溫磁力攪拌器上,連續(xù)攪拌使溶液混合均勻。以2 mmol/L K2SO4為支持電解質(zhì),用1 mol/L硫酸或KOH溶液調(diào)節(jié)廢水pH,在不同的影響因素下進(jìn)行12 h實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,每隔2 h從電解池中取樣。

    按照《水質(zhì) 氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法(HJ 535—2009)》[11]測(cè)定水樣氨氮質(zhì)量濃度,計(jì)算氨氮去除率;按照《水質(zhì) 亞硝酸鹽氮的測(cè)定 分光光度法》(GB 7493—1987)[12]測(cè)定水樣NO2--N質(zhì)量濃度;按照《水質(zhì) 硝酸鹽氮的測(cè)定 紫外分光光度法(試行)》(HJ/T 346—2007)[13]測(cè)定水樣NO3--N質(zhì)量濃度。采用上海珀金埃爾默企業(yè)管理有限公司PinAAcle 900T型原子吸收光譜儀測(cè)定溶液中金屬離子的濃度,評(píng)估電極材料中金屬離子的浸出量。按式(1)~(3)分別計(jì)算電催化氧化氨氮的產(chǎn)物選擇性(S,%)、電流效率(η,%)和能耗(Ec,kW·h/kg(以N計(jì)))。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[14-15],氨氮在催化氧化過(guò)程中,其產(chǎn)物主要為NO2--N、NO3--N和N2,而其他氣態(tài)產(chǎn)物如NO2、NO和N2O因含量極少,常低于檢測(cè)下限,可以忽略不計(jì)。因此,N2的選擇性可由100%減去NO2--N和NO3--N的選擇性得出。

    式中:t為反應(yīng)時(shí)間,h;y為NO2--N或NO3--N;ρy t為反應(yīng)t時(shí)刻N(yùn)O2--N或NO3--N的質(zhì)量濃度,mg/L;ρ0和ρt分別為初始和t時(shí)刻的氨氮質(zhì)量濃度,mg/L;V為溶液體積,L;M為氨氮的摩爾質(zhì)量,g/mol;n為每摩爾氨氮氧化為N2所需的電子數(shù);F為法拉第常數(shù),96 485 C/mol;J為電流密度,A/m2;A為電極的工作面積,m2;U為應(yīng)用電位,V。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 電極材料對(duì)氨氮去除效果的影響

    采用不同條件下制備的電極,在初始氨氮質(zhì)量濃度為750 mg/L、初始廢水pH為12、應(yīng)用電位為1.62 V的條件下處理廢水12 h,結(jié)果如圖1所示。由圖1可見(jiàn),Ni與Cu的摩爾比為0.8∶0.2時(shí)制備的電極(Ni0.8Cu0.2-LDH/CC),其氨氮去除率最高,為85.86%,明顯優(yōu)于Ni(OH)2、Cu(OH)2和其他摩爾比的電極,實(shí)現(xiàn)了最高的電流效率和最低的能耗,表現(xiàn)出高的能量利用率和良好的氨氮去除效果,可認(rèn)為是電催化氧化氨氮的有效電極材料。

    圖1 不同電極的氨氮去除效果對(duì)比

    2.2 電極電催化氧化氨氮的性能

    2.2.1 氨氮的電催化氧化過(guò)程分析

    進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間電解實(shí)驗(yàn)前,需要在堿性條件下激活電極。因?yàn)槲唇?jīng)電化學(xué)活化的NiCu-LDH/CC表面暴露的活性位點(diǎn)較少,通過(guò)活化可提高和穩(wěn)定催化性能[16]。圖2顯示了Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極的電化學(xué)活化過(guò)程。隨著掃描圈數(shù)的增加,出現(xiàn)一對(duì)氧化還原峰,且峰強(qiáng)越來(lái)越強(qiáng),達(dá)到一定程度后循環(huán)伏安曲線趨于穩(wěn)定?;罨螅^察到電極表面由綠色轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏?/p>

    圖2 Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電化學(xué)活化過(guò)程的循環(huán)伏安曲線

    對(duì)活化前后的電極材料進(jìn)行XRD分析(圖3),發(fā)現(xiàn)活化前電極材料的出峰位置主要對(duì)應(yīng)于α-Ni(OH)2和Cu(OH)2的特征峰。其中:2θ為11.6°、35.1°和60.8°處分別對(duì)應(yīng)α-Ni(OH)2(JCPDS 00-022-0444)的(001)、(111)和(301)晶面;2θ為13.7°、23.8°、39.7°、43.5°、47.0°、56.3°、62.1°和81.4°處分別對(duì)應(yīng)Cu(OH)2(JCPDS 00-035-0505)的(020)、(021)、(130)、(131)、(112)、(151)、(113)和(044)晶面。經(jīng)電化學(xué)活化后,2θ為11.6°處的α-Ni(OH)2(001)晶面和2θ為13.7°處的Cu(OH)2(020)晶面的衍射峰消失,而在2θ為28.1°和31.2°處出現(xiàn)新峰,分別對(duì)應(yīng)NiOOH(JCPDS 00-027-0956)的(110)晶面和(101)晶面。

    圖3 電化學(xué)活化前后Ni0.8Cu0.2-LDH/CC的XRD譜圖

    由此推測(cè),活化過(guò)程中的部分α-Ni(OH)2和Cu(OH)2轉(zhuǎn)變?yōu)镹iOOH和與NiOOH同晶的鎳銅羥基氧化物Ni1-xCuxOOH[17]。圖2的氧化還原峰對(duì)應(yīng)NiⅡ/NiⅢ和CuⅡ/CuⅢ的可逆氧化還原反應(yīng)(式(4)和式(5)),其中Ni1-xCuxOOH活性物質(zhì)的形成是促進(jìn)氨氮電催化氧化過(guò)程的關(guān)鍵[14,16]。

    對(duì)圖1的氨氮氧化產(chǎn)物的選擇性進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可見(jiàn),在NiCu-LDH/CC電極作用下,N2和NO2--N是氨氮的兩種主要氧化產(chǎn)物,這可能是鎳和銅氫氧化物共同作用下的結(jié)果。Ni(OH)2/CC對(duì)N2的選擇性最高,其中65.6%的氨氮被氧化為N2,20.23%和14.17%的氨氮分別被氧化為NO2--N和NO3--N。Ni(OH)2/CC較高的N2選擇性可能是由反應(yīng)速率導(dǎo)致的,而非反應(yīng)能導(dǎo)致[14]。考慮到Ni(OH)2較低的反應(yīng)活性,用其進(jìn)一步提高N2的選擇性較為困難。在Cu(OH)2/CC作用下,NO2--N的選擇性最高,78.96%的氨氮被氧化為NO2--N,11.43%和9.61%的氨氮分別被氧化為NO3--N和N2。不同Ni與Cu摩爾比的NiCu-LDH/CC電極對(duì)NO3--N的選擇性均極低,其中Ni0.8Cu0.2-LDH/CC實(shí)現(xiàn)了46.38%的最高N2選擇性及最佳的氨氮去除效果(見(jiàn)圖1),在同型電極中表現(xiàn)最佳,因此選擇Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極進(jìn)行后續(xù)的電催化氧化氨氮實(shí)驗(yàn)。

    圖4 不同電極催化氧化氨氮的產(chǎn)物選擇性

    根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合KAPA?KA等[18]提出的Ni(OH)2對(duì)氨氮的電催化氧化機(jī)理,推測(cè)氨氮在NiCu-LDH/CC電極上的電催化氧化過(guò)程見(jiàn)式(6)~(8),式中ads代表吸附態(tài)。部分催化劑在堿性條件下轉(zhuǎn)變?yōu)镹i1-xCuxOOH,NH3在催化劑表面發(fā)生吸附,吸附的NH3在Ni1-xCuxOOH作用下直接發(fā)生失電子反應(yīng)而被氧化[16,18]。

    2.2.2 電極的電化學(xué)活性

    圖5顯示了不同電極在0.5 mol/L KOH溶液和0.5 mol/L KOH+55 mmol/L氨氮溶液中的循環(huán)伏安曲線??梢杂^察到,在0.5 mol/L KOH溶液中,Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極對(duì)應(yīng)的曲線在1.1~1.6 V有一對(duì)明顯的氧化還原峰,可歸因于NiⅡ/NiⅢ和CuⅡ/CuⅢ的氧化還原反應(yīng)。加入(NH4)2SO4后,從約1.38 V起氧化電流密度明顯增大,說(shuō)明Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極對(duì)氨氮電催化氧化具有較高的催化活性。對(duì)于Ni(OH)2/CC電極,氨氮存在和不存在的條件下,1.1~1.6 V范圍內(nèi)均能觀察到一對(duì)氧化還原峰,對(duì)應(yīng)NiⅡ/NiⅢ的氧化還原反應(yīng)[19]。Ni(OH)2/CC電極在加入氨氮后峰值電流有所增加,說(shuō)明它對(duì)氨氮具有一定的電催化氧化活性,但與Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極相比還有很大差距。對(duì)于Cu(OH)2/CC電極,1.6 V后才有較小的電流密度增加,說(shuō)明它對(duì)氨氮的電催化氧化活性較低。與單一金屬氫氧化物電極相比,Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極對(duì)氨氮的電催化氧化活性顯著提高,可以確定Cu和Ni的協(xié)同效應(yīng)。

    圖5 不同電極的循環(huán)伏安曲線

    線性伏安曲線顯示(圖6a),與Ni(OH)2/CC和Cu(OH)2/CC電極相比,Ni0.8Cu0.2-LDH/CC的起始電壓顯著降低,且在起始電壓之后氨氮氧化的電流密度急劇增加,相同條件下表現(xiàn)出最高的電流密度。這表明,適當(dāng)比例的Cu摻入可以顯著提高電極的催化活性。

    圖6 不同電極的線性伏安曲線(a)和電化學(xué)阻抗譜(b)

    采用電化學(xué)交流阻抗測(cè)試進(jìn)一步解釋電極的動(dòng)力學(xué)機(jī)理。如圖6b所示。據(jù)JIANG等[14]的研究,Ni(OH)2電極的電子轉(zhuǎn)移路徑為液體界面-金屬氫氧化物層界面-襯底的過(guò)程。類似地,Ni0.8Cu0.2-LDH/CC的電子轉(zhuǎn)移路徑可能遵循氨氮-鎳銅氫氧化物層界面-CC的過(guò)程,結(jié)合式(6)~(8)中氨氮在Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極上的電催化氧化機(jī)理可推測(cè),NH3在活性物質(zhì)Ni0.8Cu0.2OOH作用下的直接失電子反應(yīng)對(duì)應(yīng)高頻區(qū)域半圓弧的出現(xiàn),其半圓直徑用R1表示。其中Ni0.8Cu0.2-LDH/CC的R1值(1.191 Ω)小于Cu(OH)2/CC的(2.284 Ω)和Ni(OH)2/CC的R1值(1.519 Ω)。較低的R1值使催化電極具有更高的電導(dǎo)率,可在關(guān)鍵電極(Ni0.8Cu0.2-LDH/CC)和電解質(zhì)(氨氮)界面保持更快的電子轉(zhuǎn)移速率,使得催化活性大幅提高。

    2.3 廢水的電化學(xué)處理效果

    2.3.1 應(yīng)用電位的影響

    應(yīng)用電位對(duì)電解系統(tǒng)中氨氮去除效果及氨氮氧化產(chǎn)物有很大影響[20]。根據(jù)圖5的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),選取1.47,1.52,1.57,1.62,1.67,1.72 V 6個(gè)應(yīng)用電位,在初始氨氮質(zhì)量濃度為750 mg/L、初始廢水pH為12的條件下處理廢水12 h,結(jié)果見(jiàn)圖7。如圖7a所示:當(dāng)應(yīng)用電位從1.47 V增至1.62 V時(shí),氨氮去除率不斷增加,在1.62 V實(shí)現(xiàn)85.86%的最高去除率;繼續(xù)升高應(yīng)用電位,氨氮去除率有所降低,這可能與電極表面的析氧副反應(yīng)有關(guān)[14],隨著電位增大副反應(yīng)加劇,氨氮去除率和能量效率變差。利用陽(yáng)極氨氮電催化氧化的電流效率來(lái)表征能量利用效率。如圖7b所示,隨著應(yīng)用電位的增大,電流效率下降,同時(shí)能耗增大。這意味著施加較大的應(yīng)用電位時(shí),析氧反應(yīng)顯著增加。析氧反應(yīng)的發(fā)生不僅導(dǎo)致氨氮電化學(xué)氧化反應(yīng)與析氧反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng),降低氨氮去除率,還顯著影響氨氮電化學(xué)氧化產(chǎn)物的選擇性。如圖7c所示:當(dāng)應(yīng)用電位低于1.62 V時(shí),氧化產(chǎn)物主要由NO2--N和N2組成,在1.47 V應(yīng)用電位下獲得51.05%的最高N2選擇性;當(dāng)應(yīng)用電位高于1.62 V時(shí),加劇了過(guò)度氧化現(xiàn)象,產(chǎn)物對(duì)NO3--N的選擇性大幅上升。從能效方面考慮,氨氮電催化氧化的應(yīng)用電位越低越好,但考慮到氨氮去除率等因素,選擇1.62 V的應(yīng)用電位較適宜。

    圖7 應(yīng)用電位對(duì)氨氮去除率(a)、能效(b)和產(chǎn)物選擇性(c)的影響

    2.3.2 初始廢水pH的影響

    初始廢水pH是影響氨氮存在形式、催化電極氧化活性以及氨氮氧化產(chǎn)物的重要參數(shù)[20]。NH4+/NH3的酸度系數(shù)(pKa)為9.25,當(dāng)pH低于9.25時(shí),NH4+占主導(dǎo)地位;當(dāng)pH高于9.25時(shí),NH3占主導(dǎo)地位。在應(yīng)用電位為1.62 V、初始氨氮質(zhì)量濃度為750 mg/L的條件下處理廢水12 h,考察初始廢水pH對(duì)處理效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖8。如圖8a所示,初始廢水pH越高,對(duì)應(yīng)的氨氮去除率也越高。這一現(xiàn)象可能是電極催化活性的變化引起的,據(jù)式(5),pH越高,OH-濃度越大,越有助于Ni1-xCuxOOH活性物質(zhì)的生成,進(jìn)而促進(jìn)催化活性的提高[16]。但是,高pH條件下伴隨更多NO2--N的生成,如圖8b所示。當(dāng)初始廢水pH為13時(shí),產(chǎn)物NO2--N的選擇性顯著上升,N2選擇性顯著下降;當(dāng)初始廢水pH為9時(shí)獲得52.11%的最高N2選擇性,但氨氮去除效果較差,去除率僅為25.43%。綜合考慮,選擇初始廢水pH為12較適宜,12 h的氨氮去除率為85.86%,N2選擇性為46.38%。此外,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,體系的pH逐漸降低(見(jiàn)圖8c),最終穩(wěn)定在8~10范圍內(nèi),滿足一般生化反應(yīng)的酸堿性要求,有利于進(jìn)行后續(xù)深度處理工藝。

    圖8 初始廢水pH對(duì)氨氮去除率(a)、產(chǎn)物選擇性(b)和體系pH(c)的影響

    2.3.3 初始氨氮質(zhì)量濃度的影響

    在應(yīng)用電位為1.62 V、初始廢水pH為12的條件下處理廢水12 h,考察初始氨氮質(zhì)量濃度對(duì)處理效果的影響,結(jié)果見(jiàn)圖9。由圖9a可見(jiàn),平均去除速率隨初始質(zhì)量濃度的增加而增大,這可能與傳質(zhì)速率有關(guān)[21]。高質(zhì)量濃度的氨氮廢水能促進(jìn)反應(yīng)物從主體溶液到電極表面的傳質(zhì),減小濃差極化,有利于氨氮電化學(xué)氧化反應(yīng)的發(fā)生[16]。當(dāng)初始氨氮質(zhì)量濃度分別為450,600,750,900,1 100,1 300 mg/L時(shí),氨氮的去除率分別為94.51%,90.02%,85.86%,83.85%,79.83%,75.53%,表明Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極在較高質(zhì)量濃度氨氮廢水中,仍表現(xiàn)出良好的電催化氧化性能,此時(shí)氨氮去除率較高,穩(wěn)定在75%~95%之間,用于高濃度氨氮工業(yè)廢水處理具有良好應(yīng)用前景。此外,由圖9b可見(jiàn),在高濃度氨氮廢水電化學(xué)處理中,N2選擇性最高可達(dá)53.47%,對(duì)應(yīng)其他氧化產(chǎn)物中NO2--N占比44.91%,NO3--N占比1.62%。利用Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極優(yōu)異的氨氮去除效果以及對(duì)氨氮的電催化氧化產(chǎn)物主要為N2和NO2--N的特點(diǎn),可使其成為一種強(qiáng)堿性高濃度氨氮工業(yè)廢水的預(yù)處理手段,后續(xù)聯(lián)合生物短程反硝化工藝,為該類廢水的處理提供一種可行的策略。

    圖9 初始氨氮質(zhì)量濃度對(duì)氨氮去除(a)和產(chǎn)物選擇性(b)的影響

    2.4 電極的穩(wěn)定性

    在初始氨氮質(zhì)量濃度為450 mg/L、初始廢水pH為12、應(yīng)用電位為1.62 V的條件下,用Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極進(jìn)行7次電化學(xué)循環(huán)實(shí)驗(yàn)以測(cè)試其穩(wěn)定性,結(jié)果如圖10所示。7次循環(huán)實(shí)驗(yàn)中,氨氮去除率均保持在90%以上,并且電極表面無(wú)明顯變化。更重要的是,對(duì)電解反應(yīng)結(jié)束后溶液中鎳和銅離子的浸出量進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明溶液中幾乎未檢測(cè)到鎳和銅離子的浸出,表明Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極對(duì)氨氮的電催化氧化具有良好的穩(wěn)定性。

    圖10 Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

    3 結(jié)論

    a)以CC為基底用水熱法制備了NiCu-LDH/CC電極。電化學(xué)表征結(jié)果顯示,與Ni(OH)2和Cu(OH)2電極相比,Ni和Cu的協(xié)同效應(yīng)使Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極對(duì)氨氮電催化氧化具有優(yōu)異的催化活性。

    b)采用Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極電催化氧化處理模擬氨氮廢水,在應(yīng)用電位為1.62 V、初始廢水pH為12的適宜條件下,處理氨氮質(zhì)量濃度450~1 300 mg/L的廢水12 h,氨氮去除率穩(wěn)定在75%~95%,產(chǎn)物中N2選擇性最高可達(dá)53.47%,對(duì)應(yīng)的NO2--N選擇性為44.91%,NO3--N選擇性為1.62%。

    c)處理后廢水pH從9~13降至8~10,可滿足一般生化反應(yīng)的酸堿性要求,廢水中NO2--N占比較高,NO3--N占比很低,這些條件均有利于后續(xù)生物短程反硝化進(jìn)一步脫氮,表明該工藝可作為一種高效的強(qiáng)堿性氨氮工業(yè)廢水預(yù)處理技術(shù)。

    d)7次循環(huán)實(shí)驗(yàn)后,Ni0.8Cu0.2-LDH/CC電極表現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性和極低的鎳銅離子浸出量,有利于氨氮電催化氧化的實(shí)際應(yīng)用。

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