氨氮降解-發(fā)放

1、氨氮廢水電化學(xué)降解一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）、氨氮降解電極的性能測(cè)定；（2）、了解氨氮降解的電極過程及降解機(jī)理；（3）、認(rèn)識(shí)各種因素對(duì)氨氮降解的影響規(guī)律二、實(shí)驗(yàn)原理 采用電催化處理氨氮廢水，氨氮廢水內(nèi)的氨氮存在形式分為：無機(jī)銨根離子與有機(jī)氨氮；這兩種形式的氨氮均可通過直接或間接電化學(xué)氧化技術(shù)進(jìn)行降解。直接電化學(xué)氧化過程：廢水內(nèi)的氨氮可在電極表面直接失去電子，被氧化降解；間接電化學(xué)氧化：電極表面產(chǎn)生具有氧化性的物質(zhì)，對(duì)溶液內(nèi)的氨氮進(jìn)行降解，如溶液內(nèi)的Cl-，Cl-在電極表面失去電子轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂醒趸缘腃l2、ClO-，進(jìn)而氧化氨氮，主要過程：NH3+HOClNH2Cl+H2O (1)NH2Cl+HOClN

2、HCl2+H2O (2)NH2Cl+NHCl2N2+3H+3Cl-(3)三、主要儀器及耗材3.1儀器直流電源 1臺(tái)；藍(lán)電電池測(cè)試系統(tǒng) 1臺(tái) 分析天平 1臺(tái)燒杯250 mL 6個(gè)移液管1 mL 10支比色管50 mL 20支紫外分光光度計(jì) 1臺(tái)電解槽 2臺(tái)套酸式滴定管 2支；3.2試劑硫酸鈉、硝酸鉀、過硫酸鉀、氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸鈉四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1 電極性能表征（1） 穩(wěn)態(tài)極化曲線的測(cè)定1）、析氧極化曲線：在0.5mol/L的硫酸水溶液中，1.01.8v（vs.汞/氯化汞電極）掃描范圍內(nèi)，以1mv/s掃描速度作線性掃描伏安曲線，測(cè)定不同研究電極的析氧電位。2）、析氯極化曲線：在1 m

3、ol/L NaCl水溶液中，在1.01.8v（vs.汞/氯化汞電極）掃描范圍內(nèi)，以1mv/s掃描速度作線性掃描伏安曲線，測(cè)定不同研究電極的析氯電位。3）、分別測(cè)定不同電極在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尿素的極化曲線，在1.01.8v（vs.汞/氯化汞電極）掃描范圍內(nèi)，以1mv/s掃描速度作線性掃描伏安曲線，測(cè)定不同研究電極性能。（2）循環(huán)伏安曲線

4、的測(cè)定分別測(cè)定不同的電極，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+尿素的循環(huán)伏安曲線，在1.01.8v（vs.汞/氯化汞電極）掃描范圍內(nèi)，以50mv/s掃描速度作掃描循環(huán)伏安曲線（3）電極快速壽命測(cè)定 電極快速壽命測(cè)定：在1mol/L硫酸溶液內(nèi)，選取電極面積為1cm2，以恒流電源提供1A的電流進(jìn)行電解，直到槽電壓（即恒流電源上顯示電壓）達(dá)到10v，即為電極壽命終點(diǎn)。（4）電

5、極表面粗糙度測(cè)定 通過循環(huán)伏安曲線可測(cè)試電極表面的相對(duì)粗糙度Rf，由于電極涂層是導(dǎo)體氧化物，雙電層充電電流同雙電層電容緊密相關(guān)。在電極/溶液界面上的雙電層充電電流同掃描速率呈線性關(guān)系。方法：在0.035M的硫酸鈉溶液中電極在一定電位范圍內(nèi)（無氧化還原電流，開路電位附近）的循環(huán)伏安圖近似為上下對(duì)稱的矩形，掃描速率分別為2、4、6、8、10、20、30、40、50 mv/s。數(shù)據(jù)處理：從電流電壓曲線，可以得到某一電位下的電流值，可得到該電位處電流與掃描速率的線性方程：I（A）=a *（vs-1）+b （a，b為曲線的斜率及常數(shù)）方程中曲線的斜率即為電極的雙電層電容。為測(cè)定電極的相對(duì)粗糙度，假定具有

6、光滑表面的氧化物電極的電容為60F/cm2，則可以得到所測(cè)電極的粗糙度Rf值，Rf=a/60(F/cm2)。（5）電極產(chǎn)生羥基自由基能力的測(cè)定 1）. 組裝電解裝置，以20mm50 mm 的電極為陽極, 用相同尺寸的銅片為陰極, 電解液體積為100mL, 其中含0.5mmo l /L對(duì)苯二甲酸、2.0mmo l/L NaOH 和0.25mo l/L Na2SO4。2）. 電流密度控制在10、20、30 mA / cm2, 在電解0 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min分別取樣2 mL, 稀釋10倍進(jìn)行熒光光譜分析。2-羥基對(duì)苯二甲酸用熒光光

7、譜儀測(cè)定, 激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為315和425 nm。2 低濃度氨氮廢水的電化學(xué)降解（1）無機(jī)銨根離子（600-700mg/L）的降解1）、選擇陽極及陰極，確定兩電極之間極間距，將電極與電源連接好。2）、配制含有氨氮廢水水樣（含有c（NH4+）=600mg/L，c（Cl-）=50g/L）測(cè)定初始時(shí)廢水水樣pH值。取200ml到燒杯內(nèi)，改變電流大小，分別為（10mA/cm2、20mA/cm2、30mA/cm2、40mA/cm2、50mA/cm2），定時(shí)取出溶液（5ml）進(jìn)行廢水內(nèi)氨氮的檢測(cè)。下表為取樣時(shí)間： 取樣時(shí)間電流10mA/cm2120min240min360min480 min600

8、 min20mA/cm260min120min180 min240min300 min30mA/cm240min80min120min160min200 min40mA/cm230min60min90 min120 min150 min50mA/cm224min48min72 min96 min120 min3）、從步驟2）中選擇電流效率高，能耗低的條件下，進(jìn)行氨氮廢水水樣pH值的變化，采用鹽酸、氫氧化鈉將氨氮（含有c（NH4+）=600mg/L，c（Cl-）=50g/L）水樣調(diào)到pH為4、5、6、7、8、9、10，進(jìn)行氨氮廢水的降解，取樣時(shí)間，按照步驟2）中選好的條件進(jìn)行。4）、從步驟2）、

9、3）過程中，選擇電流效率高，能耗低的電流密度及pH值，進(jìn)行溶液內(nèi)Cl-含量變化對(duì)氨氮降解效果的影響，改變氯離子（0、20g/L、50g/L），按所選步驟2）的時(shí)間進(jìn)行取樣分析。（2）尿素溶液（c（NH3-N）=600-700mg/L）的降解 實(shí)驗(yàn)步驟同4.1.1 無機(jī)銨根離子的降解。在改變氯離子濃度的過程中，在尿素溶液內(nèi)Cl-含量為0時(shí)，注意添加一定量的硫酸鈉，使廢水水樣內(nèi)c（Na2SO4）=0.25mol/L。3 高濃度氨氮（20000mg/L）廢水的降解（1） 組裝電解槽，將電極同直流電源連接好，陽極室注入廢水（c（NH4+）=20000 mg/L；c（SO42-）= 100 g/L, c

10、（Cl-）= 80 g/L）150 ml，陰極室注入氫氧化鈉（c（NaOH）=1 mol/L）150 ml。（2） 將廢水在電流密度為 500 mA/cm2（根據(jù)情況確定）的條件下進(jìn)行電解5小時(shí)，分別在0h，1h，2h，3h，4h、5h取樣進(jìn)行氨氮含量及陰陽極室溶液酸堿濃度的分析。5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將所有原始數(shù)據(jù)列表，用origin作圖處理數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析討論。附：1 氨氮的測(cè)定采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法使用范圍：本法可測(cè)定水中亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、無機(jī)銨鹽、溶解態(tài)氨及大部分含氮化合物中氮的總和。氮的最低檢出濃度為0.050mg/L，測(cè)定上限為4mg/L。測(cè)定中干擾物主要

11、是碘離子與溴離子，碘離子相對(duì)于總氮含量的2.2倍以上，溴離子相當(dāng)于總氮含量的3.4倍以上有干擾。原理：在60以上水溶液中，過硫酸鉀可分解產(chǎn)生硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，硫酸氫鉀在溶液中離解而產(chǎn)生氫離子，故在氫氧化鈉的堿性介質(zhì)中可促進(jìn)分解過程趨于完全。分解出的原子態(tài)氧在120-124條件下，可使水樣中含氮化合物的氮元素轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。并且在次過程中有機(jī)物同時(shí)被氧化分解?？捎米贤夥止夤舛确ㄓ诓ㄩL(zhǎng)220和275nm處，分別測(cè)出吸光度A220及A275按式（1）求出校正吸光度A： A=A220 - A275 （1）按A的值查校準(zhǔn)曲線并計(jì)算總氮（以NO3-N）含量。試劑及材料：1）、水，無氨。2）、氫氧化鈉溶液，

12、200g/L：稱取20g氫氧化鈉，溶于無氨水中，稀釋至100ml，3）、氫氧化鈉溶液，20g/L：將2）溶液稀釋10倍而得。4）、堿性過硫酸鉀溶液：稱取40g過硫酸鉀，另稱取15g氫氧化鈉，溶于無氨水中，稀釋至1000ml，溶液存放在聚乙烯瓶?jī)?nèi)，最長(zhǎng)可貯存一周。5）、鹽酸溶液,1+9.6)、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)貯備液，CN=100mg/L;硝酸鉀在 105110烘箱中干燥3h，在干燥器中冷卻后，稱取0.7218g，溶于水中，移至1000ml容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)準(zhǔn)線在010暗處保存，或加入12ml三氯甲烷，可穩(wěn)定6個(gè)月。、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用液，CN=10mg/L：將溶液，稀釋十倍而得，使用時(shí)

13、配制。7）、硫酸溶液，1+35分析步驟：1）、測(cè)定：用無分度吸管取10.00ml試樣（CN超過100g時(shí)，可減少取樣量并加水稀釋至10ml），置于比色管中。、試樣不含有懸浮物時(shí)，按下述步驟進(jìn)行A、 加入5ml堿性過硫酸鉀溶液，塞緊磨口塞用布及繩等方法扎緊瓶塞，以防彈出。B、 將比色管置于醫(yī)用手提蒸汽滅菌器中，加熱，使壓力表指針到1.11.4kg/cm2，此時(shí)溫度達(dá)到120124后開始計(jì)時(shí)?；?qū)⒈壬苤糜诩矣脡毫﹀佒校訜嶂另攭洪y吹氣時(shí)開始計(jì)時(shí)。保持次溫度加熱半小時(shí)。C、 冷卻、開閥放氣，移去外蓋，取出比色管并冷卻至室溫。D、 加鹽酸（1+9）1ml，用無氨水稀釋至25ml標(biāo)線，混勻。E、 移取

14、部分溶液至10mm，石英比色管中，在紫外分光光度計(jì)上，以無氨水作參比，分別在波長(zhǎng)為220與275nm處測(cè)定吸光度，并用（1）計(jì)算出校正吸光度A。2）、空白實(shí)驗(yàn)空白實(shí)驗(yàn)除以10ml無氨水代替原料外，采用與測(cè)定完全相同的試劑，用量和分析步驟進(jìn)行平行操作。3）、校準(zhǔn)校準(zhǔn)系列的制備：A、 用分度吸管向一組（10支）比色管中，分別加入硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)使用溶液0.0、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、3.00、5.00、7.00、10.00ml。加水稀釋至10.00ml。B、 按1）測(cè)定步驟進(jìn)行測(cè)定。校準(zhǔn)曲線的繪制：零濃度（空白）溶液和其他硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液制得的校準(zhǔn)系列完成全部分析步驟，于波長(zhǎng)220nm和275nm處測(cè)定吸光度后，分別按下式求出處零濃度外其他校準(zhǔn)系列的校正吸光度AA和零濃度的校正吸光度Ab及其差值A(chǔ)tAA= AA220- 2AA275Ab= Ab220