[发明专利]光电催化-氯自由基脱氮方法

说明书

一种光电催化‑氯自由基脱氮方法，其方法系统包括光阳极、阴极、参比电极、氨氮废水、光源、电解质溶液、石英反应池，所述光阳极、阴极和参比电极分别插入所述石英反应池内含有所述氨氮废水的电解质溶液中，在所述的光阳极、阴极之间施加0.5‑1.25V的偏压，所述光源照射所述光阳极；所述的电解质溶液中添加有20mg/L‑3000mg/L的氯离子并将pH调为2.0～6.0，所述氨氮废水含氮量2‑50mg/L，本发明在光照作用下，氯离子在光阳极电极表面生成氯自由基，氯自由基与氨氮发生脱氮反应，从而高效地把氨氮转化为氮气实现脱氮。

技术领域

本发明涉及氨氮废水，特别是一种用于氨氮废水处理的光电催化-氯自由基氮方法。

技术背景

随着现代工业化的发展，大量氨氮废水进入自然水体。氨氮是引起水体富营养化的主要营养物质，浓度过高会对水体造成严重污染。现有的氨氮废水处理技术主要包括生物处理法，如生物硝化反硝化法；环境化工法，如吹脱法、化学沉淀法、折点氯化法、膜分离法、离子交换法、氧化法等，其中生物硝化反硝化法、吹脱气提法、折点氯化法应用最广。

生物硝化反硝化脱氮法是目前最主要的脱氮方法，它通过微生物的氨化、硝化、反硝化等生化反应将废水中的氨氮转化为氮气而去除。但是生物法处理时间长，占地面积大，脱氮活性易受水温、氨氮浓度和重金属离子等的抑制。吹脱气提法利用碱性条件下水中氨氮主要以游离氨存在的特性，向水体中通入气体使气液之间充分接触，水中的游离氨穿过气液界面向气相转移，从而达到脱除水中氨氮的目的。但是吹脱气提法易造成二次污染，且回收的氨氮浓度低。折点氯化法是通过将氯气通入氨氮废水中，利用次氯酸将氨氮转化为氮气排放，从而去除氨氮。在通入氯气的过程中，水体中氨氮的浓度随着氯气通入量增加而降低，将氨氮浓度降为0的一点称为折点，此时水体中的游离氯离子的含量也最低。折点氯化法反应需要额外添加氯气等，处理成本较高。

近年来，在氨氮废水处理中，发展了一些符合可持续发展理念的氨氮废水处理技术，如利用太阳光催化的高级氧化技术处理氨氮废水。由于光催化产生的空穴(E₀＝3.2Vvs.NHE)或羟基自由基HO·(E₀＝2.81V vs.NHE)具有极强氧化能力，能够实现氨氮的氧化反应。该方法具有反应条件温和、选择性好、不受氨氮浓度限制的优点。文献报道了多篇基于TiO₂粉体光催化剂或者TiO₂纳米薄膜电极光电催化处理氨氮废水的研究(Chemistry andEcology,2013,29,72-85；J Environ Sci(China),2016,50,103-108)。但是光/电催化技术耗能大、效率低，极易将氨氮氧化成NO₂^-和NO₃^-，而难以实现氨氮的根本脱除。此外粉体TiO₂光催化剂还存在着光生电荷复合严重、光量子效率较低、且不能吸收可见光的不足。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种利用光电催化-氯自由基脱氮方法，通过利用光电催化产生的氧化性极强的空穴或羟基自由基，氧化废水中的氯离子形成氯自由基，再利用氯自由基易与氨氮反应生成氮气，从而实现氨氮废水的高效脱氮。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种用于氨氮废水脱氮处理的光电催化-氯自由基脱氮方法，其方法的系统包括光阳极、阴极、参比电极、氨氮废水、光源、电解质溶液、石英反应池和电化学工作站，其特征在于：该方法包括下列步骤：

1)准备光阳极、阴极、参比电极，所述的光阳极为WO₃纳米薄膜光阳极，所述的阴极为铂黑电极，所述的参比电极为甘汞电极；

2)在所述的石英反应池内放置所述的氨氮废水和电解质溶液，所述的电解质溶液为0.05M硫酸钠溶液；所述的电解质溶液中添加有20mg/L-3000mg/L的氯离子并将pH调为2.0～6.0，所述的氨氮废水含氮量为2-50mg/L；