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《北京化工大学》 2014年
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非贵金属材料电化学还原水中硝酸根的研究

郭风巧  
【摘要】:地下水和饮用水中的硝酸根浓度随人类与氮有关的生产活动的增多而逐渐上升,高浓度硝酸根通过饮用水进入人体极易转化为亚硝酸根,进而引起高铁血红蛋白症及疑似致癌作用。本论文采用电化学法研究原水中硝酸根的去除,采用廉价易得的金属材料Al.Fe.Cu.AlFe合金等作为工作电极,目的足将溶液中的硝酸根快速去除并研究其还原机理,得到合适的电极材料。 在中性Na2SO4电解质溶液中,采用线性扫描法(LSV)研究了单金属Al.Fe.Cu作为电化学阴极对硝酸根的还原电位,重点分析了Cu电极对硝酸根和亚硝酸根的还原机理,根据电极还原峰电流与扫描速率的平方根成线性关系,进一步计算出相应电位下的转移电子数,发现-0.8V vs.SCE附近电位下出现的还原峰对应硝酸根到亚硝酸根的还原反应,在-1.3V vs.SCE电位下则发生亚硝酸根到铵根的转化过程,与文献在碱性电解质中得到的结果一致。当Cu电极在相对正的电位下对硝酸根的去除不明显,限制该电极的应用,鉴于Cu对硝酸根的还原产物亚硝酸根和铵根有较好的选择性,因此Cu可作为电极改性剂。 制备得到AlFe合金电极材料作为工作电极,其对硝酸根的去除性能优于单质Al和Fe,在-1.2V vs. SCE电位下对70±2mg·L-1的NO3--N进行2h电解,可达到97%的去除率,在-1.05V vs.SCE的电位下能够使溶液中的N减少23mg·L-1,这部分N有较大可能为N2生成从溶液中逸出,两种情况下还原产物主要为氨氮。在此基础上,通过电镀法在AlFe10合金上镀Cu,得到类似核壳结构的三元金属改性材料Cu/AlFe10,以期AlFe10内核对Cu在低电位下的反应有催化效果,而Cu表面则可保护AlFe10电极避免腐蚀。 对Cu/AlFe10材料进行LSV测试发现与AlFe10电极的结果不同,曲线上出现了硝酸根还原峰,表明电极具有部分Cu的性质。不同电位下的电解结果表明,Cu/AlFe10。电极上对亚硝酸根和铵根的产生比Cu和AlFe10电极更易控制,材料同时具备二者的优点。SEM和XRD结果表明Cu/AlFe10电极的腐蚀与AlFe电极相比可忽略,Tafel曲线和交流阻抗谱结果表明,Cu/AlFe10的耐腐蚀性仅次于Cu电极,且对高浓度硝酸根也能快速的去除。Cu和AlFe10的协同作用使得Cu/AlFe10电极的活性和稳定均较好。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:X52

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