尤仁金,孟 朔,劉田田,趙海艦,陳志冬,葉 蕾,趙賢廣

(南京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 211800)

1 實驗部分

1.1 實驗裝置與主要試劑

連續(xù)流反應(yīng)裝置由MS1515D型直流穩(wěn)壓電源、亞克力長方體電解槽(有效容積為500 mL)、陰極、陽極、ZNCL-BS180型智能磁力攪拌器和雷磁pHS-25型pH計組成。NaNO3、NaNO2、Na2SO4、NaCl、H2SO4，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。泡沫銅，銀孚制品有限公司,孔徑為0.013 mm。

1.2 電極制備

采用堿性鋅酸鹽鍍鋅法制備泡沫Cu-Zn電極。以納米ZnO為主鹽,NaOH為主要配位化合劑,四水合酒石酸鉀鈉和乙二胺四乙酸二鈉做輔助配位化合劑配制電沉積液,配制過程中有揮發(fā)性氣體溢出,全程在通風(fēng)櫥內(nèi)進行。將泡沫銅裁剪為100 mm×50 mm,依次經(jīng)酸洗、乙醇超聲、去離子水沖洗,去掉表層氧化層和油脂;將處理好的泡沫銅浸漬于配制好的電沉積液中,以石墨為陽極,泡沫銅為陰極進行電沉積實驗制得泡沫Cu-Zn電極。將制備好的泡沫Cu-Zn電極用去離子水清洗至表面為中性,然后放置于真空干燥箱中烘干備用。

1.3 電化學(xué)還原-N

1.4 分析方法

1.5 計算方法

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2 結(jié)果與討論

2.1 陰極材料的表征

圖1為泡沫銅電極SEM測試結(jié)果和泡沫Cu-Zn電極SEM、EDS及XRD測試結(jié)果。由圖1(a)和1(b)可知:泡沫銅電極表面含有大量空隙,相比較一般的銅極板而言泡沫銅有很大的比表面積,且經(jīng)預(yù)處理后可以大大增強Zn與泡沫銅活性層之間的結(jié)合力。由圖1(c)和1(d)可見：泡沫Cu-Zn電極表面大面積覆蓋著沉積物,進一步放大可以看到沉積物為小顆粒絮狀結(jié)構(gòu)且分布密集,可知泡沫銅表面成功鍍上了納米顆粒。由1(e)可知:電極上主要含有Cu、Zn元素,通過計算得到Cu和Zn的質(zhì)量分數(shù)分別為99%和1%，其中Cu主要來源于基體,Zn主要來自電沉積液。

由圖1(f)可知：在衍射角2θ為36.29°、38.99°、43.20°、54.30°、70.10°、82.10°處出現(xiàn)Zn的衍射峰,分別對應(yīng)(100)、(101)、(102)、(103)、(112)晶面;在2θ為43.32°、50.45°、74.12°出現(xiàn)Cu的衍射峰,對應(yīng)的晶面分別為(111)、(200)、(220)。因此，泡沫銅表面鍍上的納米顆粒為納米Zn,且沒有檢測到其他衍射峰,表明沒有其他化合物存在。

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圖1 電極的SEM、EDS、XRD測試結(jié)果Fig.1 SEM images, EDS and XRD patterns of electrode

陰極副反應(yīng)為還原析氫反應(yīng)，見式(11)。

2H2O+2e-→H2↑+2OH-

(11)

在沒有其他離子存在的條件下,陽極反應(yīng)主要產(chǎn)生O2,見式(12)。

4OH-→O2↑+2H2O+4e-

(12)

因此,電極的總反應(yīng)見式(13)。

4NaNO3+2H2O→2N2↑+5O2+4NaOH

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2.3 電流密度對-N還原效果的影響

圖2 電流密度對脫氮效果的影響Fig.2 Effects of current density on denitrification

2.4 不同初始pH對-N還原效果的影響

圖3 pH對脫氮效果的影響Fig.3 Effects of pH on denitrification

2.5 Cl-濃度對-N還原效果的影響

2Cl-→Cl2+2e-

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Cl2+H2O→H++Cl-+HClO

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圖4 NaCl添加量對脫氮效果的影響Fig.4 Effects of NaCl supplemental amount on denitrification

3 結(jié)論

2)通過對電極的SEM、EDS和XRD表征發(fā)現(xiàn),Zn納米顆粒成功地負載在了泡沫銅表面上,分布密集。EDS確認了泡沫銅電極上Zn元素的存在,XRD排除了其他化合物存在。