本文關(guān)鍵詞：電化學(xué)還原水中硝酸根的銅電極改性研究　出處：《北京化工大學(xué)》2016年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：地表水及地下水中日益嚴(yán)重的硝酸鹽污染已經(jīng)影響了世界范圍內(nèi)飲用水質(zhì)安全,EPA規(guī)定飲用水中硝酸根濃度應(yīng)不高于10 mg/L(以N03-N計(jì))。水中硝酸根處理技術(shù)包括生物法、化學(xué)還原法、電化學(xué)還原法、物理化學(xué)法等。電化學(xué)還原水中硝酸根運(yùn)行費(fèi)用低且對硝酸根去除徹底,受到了科研工作者的廣泛關(guān)注。金屬銅材料是一種有效的硝酸根電化學(xué)還原陰極材料,而通過在不同基底材料上電鍍一層新鮮的銅表面,更可以達(dá)到增加電極表面積并提高電極表面硝酸根還原活性的作用,然而鍍銅層在反應(yīng)過程中存在易氧化失活等缺點(diǎn),其限制了此材料在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)中,首次提出通過對鍍銅電極進(jìn)行灼燒處理,提高其還原硝酸根的活性及電極穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)首先使用Cu片電極、Cu/Cu及Cu/Ni還原水中硝酸根,發(fā)現(xiàn)兩種鍍銅電極還原硝酸根效果均超過未改性的Cu片電極,隨后,使用灼燒Cu/Ni電極還原水中硝酸根,發(fā)現(xiàn)此電極在-0.8 V～-2.0V范圍內(nèi)還原硝酸根效果超過鍍銅電極。LSV掃描測試結(jié)果同樣顯示,硝酸根在灼燒Cu/Ni電極表面還原電位比鍍銅電極及Cu片電極正移約250 mV,硝酸根還原峰電流提高20%-50%,證明硝酸根在灼燒Cu/Ni電極表面還原活性更高。對此灼燒Cu/Ni電極制備方法進(jìn)行了優(yōu)化,得出的最優(yōu)電極制備方法為在300 oC條件下灼燒經(jīng)過-1 A恒電流鍍銅10 min制備的Cu/Ni電極0.25 h,對此電極進(jìn)行表征處理后可知,此電極表面存在納米顆粒及納米線,其增加了電極表面積,提高了電極表面對硝酸根還原的催化活性。隨后,本文考察了不同電位下三種銅鎳合金(Cu：Ni=90：10、80：20、70：30)做陰極還原水中硝酸根的效果。通過實(shí)驗(yàn)可知,合金材料還原硝酸根效果未明顯超過金屬Cu片電極,證明本實(shí)驗(yàn)中使用的銅鎳合金并非理想的陰極還原硝酸根電極材料。隨后,通過對三種銅鎳合金進(jìn)行灼燒改性,發(fā)現(xiàn)灼燒后的銅鎳合金材料還原硝酸根效果明顯提高,其還原硝酸根效果與兩種鍍銅電極相似,且銅鎳合金材料在灼燒中能保持穩(wěn)定,不會出現(xiàn)電極破碎等問題。實(shí)驗(yàn)中對使用的幾種銅電極材料還原硝酸根的產(chǎn)物進(jìn)行了分析,證明各種電極陰極還原硝酸根的產(chǎn)物均為亞硝酸根及氨氮,且灼燒Cu/Ni電極還原硝酸根效果最好,因此,本文中使用灼燒Cu/Ni電極還原硝酸根,測試電極長時間還原硝酸根的效果,證明電極可以在48 h內(nèi)穩(wěn)定還原硝酸根,且反應(yīng)過程中硝酸根還原電流效率可以保持穩(wěn)定。此灼燒Cu/Ni電極同樣可以快速檢測水中的硝酸根濃度,經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),此電極可以準(zhǔn)確檢測濃度為4.98 mg/L～90.9 mg/L范圍內(nèi)的N03--N濃度。
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X52;X703

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本文編號：1321593