[发明专利]基于光电催化生成氯氧自由基的氨氮废水降解系统及方法

说明书

一种基于光电催化生成氯氧自由基的氨氮废水降解系统及方法，包括：装有氨氮废水、含有电解质混合液的石英反应池以及设置于其内的分别涂有三氧化钨(WO₃)和锑掺杂二氧化锡(Sb‑SnO₂)的双面导电玻璃作为双面阳极(WO₃/Sb‑SnO₂)、作为阴极的钯铜共修饰泡沫镍以及模拟光源，其中：WO₃面为光阳极，Sb‑SnO₂面为阳极，通过模拟光源照射光阳极发生光电催化反应产生HO·并与阳极生成的次氯酸转化成氯氧自由基(ClO·)，ClO·将氨氮废水中的氨氮转化为氮气，部分硝态氮在阴极被还原为氮气，从而实现氨氮废水中总氮的彻底脱除。

技术领域

本发明涉及的是一种光电催化领域的技术，具体是一种基于光电催化生成氯氧自由基的氨氮废水降解系统及方法。

背景技术

随着经济的发展，大量的氨氮废水被排放至自然水体，对生态环境和人类健康产生了极大的威胁。尽管已有多种处理含氮废水的技术，但由于高成本或二次污染，这些方法都具有一定的局限。光电催化技术作为一种高效、环保的技术，应用于含氮废水的处理具有很大潜力。常见的光电催化体系中羟基自由基(HO·)作为主要自由基，由于HO·较短的半衰期，导致氨氮去除速率慢。并且HO·较高的氧化还原电位，往往把氨氮氧化为硝态氮而不是氮气，造成氮元素无法从水体中脱除。此外，为了脱除氮元素，常向体系中引入氯离子，通过阳极上的光生空穴将氯离子氧化成氯自由基(Cl·)，但由于在阳极上还同时存在着析氧反应的竞争，因而导致反应体系中产生的Cl·浓度低，造成氨氮转化为氮气的速率和选择性较低，影响了脱氮效果的进一步提升。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于光电催化生成氯氧自由基的氨氮废水降解系统及方法，能够将氨氮高效的转变为氮气，显著提升脱氮速率和转化成氮气的选择性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于光电催化生成氯氧自由基的氨氮废水降解系统，包括：装有氨氮废水、含有电解质的石英反应池以及设置于其内的分别涂有三氧化钨(WO₃)和锑掺杂二氧化锡(Sb-SnO₂)的双面导电玻璃作为双面阳极(WO₃/Sb-SnO₂)、作为阴极的钯铜共修饰泡沫镍以及模拟光源，其中：WO₃面为光阳极，Sb-SnO₂面为阳极，通过模拟光源照射光阳极发生光电催化反应产生HO·并与阳极生成的次氯酸转化成氯氧自由基(ClO·)，ClO·将氨氮废水中的氨氮转化为氮气，部分硝态氮在阴极被还原为氮气，从而实现氨氮废水中总氮的彻底脱除。

所述的模拟光源AM优选1.5，辐照强度为100mW/cm²。

所述的电解质为：0.02～0.07M的氯化钠(NaCl)和0.05M的硫酸钠(Na₂SO₄)且酸碱度为2.0～9.0。

所述的双面阳极的光阳极WO₃面的自由基诱发反应包括：

1)WO₃+hv→h⁺+e^-；

2)H₂O+h⁺→HO·+H⁺；

3)Cl^-+h⁺→Cl·。

所述的双面阳极的阳极Sb-SnO₂面的自由基诱发反应包括：

1)2Cl^-→Cl₂+2e^￣；

2)Cl₂+H₂O→HClO+HCl；