BDD电极去除废水中氨氮的反应机理

BDD，，，，（（），100083）［］（BDD），。：，BDD，6%。，，87%，8%，79%，，N2，。［］；；［］X703.1［］A［］1005-829X（2015）04-0032-04ReactionmechanismoftheremovalofammonianitrogenfromwastewaterbyBDDelectrodesWangChunrong，QiuXianjin，LiGuiwei，ZhangMengru，HuiBaichuan（SchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology（Beijing），Beijing100083，China）Abstract：Boro-dopeddiamond（BDD）filmelectrodeshavebeenusedforthetreatmentofammonianitrogenwastewater，andtheoxidationmechanismofammonianitrogenisinvestigatedemphatically.Theresultsshowthatunderalkalinecondition，ammonianitrogencanbedirectlyoxidizedontheBDDelectrodeswithanoxidationrateof6%.Inthepresenceofchloride，ammonianitrogenoxidationismainlyindirectoxidation，andtheammonianitrogenremovingratecanreach87%，whosedirectoxidationrateis8%andindirectoxidationrate79%.And，intheprocessofoxidation，theactivefreechlorineismorelikelytoreactwithammonianitrogen，andconvertintoN2ornitrate，ratherthanintochlorateorharmfulperchlorate.Keywords：ammonianitrogen；boro-dopeddiamondfilmelectrode；oxidation，，，、，，〔1〕。、、、，、、、〔2〕，。。，N2；、、（Cl2、HOClOCl-）。〔3〕Ti/TiO2-RuO2-IrO2（），NH4+-N，（NH3-N）1.25V；，，，。〔4〕PbO2，；，·OH、HClO，pH。，（BDD）〔5〕，、、、，、、〔6〕，。BDD，BDD［］（2009QH01）35420154IndustrialWaterTreatmentVol．35No．4Apr.，201532，3.5V，，，〔6〕。BDD。11.1（NH4）2SO4。NH4+-N100mg/L，Na2SO45.5~6mS/cm，pHH2SO4NaOH，Cl-NaCl，COD。。。1.2BDD2mm，5，195mm×26mm×2mm，DH1716-7A，（1），3L。，，5%。11.3NH4+-N〔7〕，〔7〕。：（）、（）（BDD）25mL，CHI660D，。22.11mol/LNa2SO4pH100mmol/L（NH4）2SO4BDD，100mV/s，2。pH5pH7，NH4+，12-3~3V，BDD；2.4V，BDD，H2OO2。pH10，1.88V，BDD。pH8NH3，BDD，N2。（1）~（5）〔3，8〕。E.Moran〔8〕〔3〕。2pHBDDNH3（aq）→NH3（ads）（1）NH3（ads）葑NH2（ads）+H++e（2）NH2（ads）→NH（ads）+H++e（3）NH（ads）→N（ads）+H++e（4）NHx（ads）+NHy（ads）→N2+（x+y）H++（x+y）ex、y=12（5），：（1）。，NH3。（2）。，，。BDD1.8VNH3，2.6V，，BDD。pH，。，3.9×10-3、7.9×10-3A/cm2。pH=7、100mg/L、，，3。2015－04，35（4），：BDD3333.9×10-3A/cm2，3h4.5%，7.9×10-3A/cm2，5h，6.0%。，NH3，。，NH3，。2.22.2.142.96×10-2A/cm2、pH=7，0.05mol/L，Cl2、HOClOCl-。4BDD4，15min，，15min。，，。，，，，，（6）~（10）〔9〕。2Cl-→Cl2+2e（6）Cl2+H2O→HOCl+Cl-+H+（7）HOCl葑OCl-+H+（8）2HOCl+OCl-+2OH-→ClO3-+2Cl-+2H2O（9）6HOCl+3H2O→2ClO3-+4Cl-+12H++1.5O2+6e（10），；。，（11）。ClO3-+H2O→ClO4-+2H++2e（11）2.2.2pH=7、2.96×10-2A/cm2、200mg/L、0.05mol/L，5。5BDD5，40min（）172mg/L，（851mg/L，4），。5，87%，8%，79%。，。〔10〕，pH，pH5~7，；pH8，。1.63V，（0.9V），，。pH，N2。（12）~（17）。2015-04，35（4）343HOCl+2NH3→N2+3H2O+3H++3Cl-（12）HOCl+NH4+→NH2Cl+H2O+H+（13）HOCl+NH2Cl→NHCl2+H2O（14）NHCl2+H2O→NOH+2H++2Cl-（15）NHCl2+NOH→N2+HClO+H++Cl-（16）4HOCl+NH4+→NO3-+H2O+6H++4Cl-（17）2.2.3，（18）。，。d［NH4+-N］/dt=-k［NH4+-N］（18）（18）（19）。ln（［NH4+-N］0/［NH4+-N］t）=kt（19）：［NH4+-N］0———，mg/L；［NH4+-N］t———t，mg/L；k———，s-1。。，3.94×10-2A/cm2、pH=11，（19），6。6ln（c0/ct）t6，，（1），，，R＞0.9。13（1）BDD。pH8，NH3，，N2。BDD2.6V，NH31.8V，BDD。BDD，，。（2），。，6%，，87%，8%，79%。（3）BDD，，。。pH，N2。（4），。［1］，.［J］.，2009（6）：46-47.［2］ZhuXiuping，NiJinren，LaiPeng.Advancedtreatmentofbiologicallypretreatedcokingwastewaterbyelectrochemicaloxidationusingboron-dopeddiamondelectrodes［J］.WaterResearch，2009，43（17）：4347-4355.［3］，，，.［J］.，2010，24（1）：71-75.［4］，，，.［J］.，2013，7（7）：2619-2623.［5］，，，.BDD［J］.，2013，32（1）：55-59.［6］，，，.BDD［J］.，2009，34（9）：833-836.［7］.［M］.4.：，2002：171-281.［8］MoranE，CattaneoC，MishimaH，etal.Ammoniaoxidationonele-ctrodepositedPt-Iralloys［J］.JournalofSolidStateElectroche-mistry，2008，12（5）：583-589.［9］Kapa覥kaA，JossL，AngladaA，etal.Directandmediatedelectro-chemicaloxidationofammoniaonboron-dopeddiamondelec-trode［J］.ElectrochemistryCommunications，2010，12（12）：1714-1717.［10］，，，.［J］.，2012，20（5）：27-29.———————————［］（1978—），，。E-mail：[e-mail]。：，。E-mail：[e-mail]。［］2015-03-05（）/（mg·L-1）/min-1/min00.00450.9423154.034500.01710.988040.536500.06810.961810.189000.07100.98719.762015－04，35（4），：BDD35