电解催化还原——氯氧化无害化去除水中硝酸盐氮摘要:基于对Pd－Me双金属催化还原的机理分析，提出了以NH4+-N为目标产物，Fe催化还原NO3--N的理论设想．结合折点氯化技术，以Ti/Fe为阴极，以Ti/Ir－Ru为阳极，以NaCl为支持电解质组建无隔膜电解体系，开展了水中NO3--N去除的试验研究．结果表明，利用电解催化还原－氯氧化法可将模拟水样中NO3--N转化为N2去除，其反应历程为阴极催化还原NO3--N生成NH4+-N，阳极电解氯氧化NH4+-N生成N2.在ρ(Cl-)为500mg/L，电流密度为12mA/cm2，极板距离为9mm，搅拌强度为450r/min的试验条件下电解150min，初始ρ(NO3--N)为50mg/L的模拟水样出水ρ(TN)和ρ(NO3--N)可分别降至2.9和2.8mg/L，去除率分别达到94.1%和94.3%，NH4+-N和NO2--N均未检出．分析认为，阴极对NO3--N的催化还原机理为:Fe化学吸附氮氧化合物离子中的O形成固定的N—O键，电解产生的活性还原物质攻击N—O形成N—H新键．关键词:NO3--N;催化还原;电解;NH4+-N;氯氧化:X505文献标志码:A:1001-6929(2011)05-0533-07HarmlessRemovalofNitrate-NinWaterbyElectrolysisCatalyticReduction-ChlorineOxidizationHUXiao-min1，YEShu-fan1，HEYing-dian1，ZHANGYang2Abstract:BasedonanalyzingthemechanismofthePd-Mebimetalcatalyticreduction，atheoreticalassumptionofreducingnitrate-NbyFecatalysiswaspresented，takingammonia-Nasthetargetproduct．Combinedwithbreakpointchlorinationtechnology，anexperimentalstudywascarriedoutonnitrate-Nremovalinwaterbasedonaseptum-freeelectrolysissystem，withTi/Feasthecathode，TiIr-RuastheanodeandNaClasthesupportingelectrolyte．Theresultsshowedthatnitrate-Ninthesimulatedwatercouldberemovedbytransferintonitrogenthroughtheelectrolysiscatalyticreduction-chlorineoxidizationmethod．Thereactioncoursewasasfollows:nitrate-Nwascatalyticallyreducedtoammonia-Ninthecathode，andammonia-Nwasoxidizedtonitrogenintheanodebyelectrolyzingchlorine．Forsimulationwaterwith50mg/Linitialnitrate-N，after150minelectrolyzingatCl－massconcentrationof500mg/L，currentdensityof12mAcm2，platedistanceof9mmandstirringintensityof450r/min，thetotalnitrogenandnitrate-Nconcentrationsdecreasedto2.9mg/Land2.8mg/L，respectively，whichrepresentedremovalratesof94.1%and94.3%，respectively．Inaddition，ammonia-Nandnitrite-Nwerenotdetected．Themechanismofnitrate-NreductioninthecathodewasanalyzedtoberelatedtoFechemicaladsorbingOinnitrogen-oxidesionstofixN—Obonds，thenactivereductantproducedbyelectrolysisattackingN—OtoformnewN—Hchemicalbonds．Keywords:nitrate-N;catalyticreduction;electrolysis;ammonia-N;chlorineoxidization全球范围内水体的氮污染已经到了相当严重的程度［1］．研究［2-3］表明，地表水和地下水中的氮主要是离子态氮，其中以NO3--N为主，其次还有NH4+-N，NO2--N和少量溶解气体形式的氮以及有机氮．城镇生活污水和垃圾中含有大量氮素，其中以NH4+-N为主，而NH4+-N随污水进入自然水体后，在硝化细菌作用下被氧化成硝酸盐，NO3--N作为氮的最高氧化态在水环境中将长久留存和富集．摄入过多硝酸盐对人体的健康存在着多方面的影响．水体中NO3--N污染治理技术主要有生物反硝化法、物理化学法和化学还原修复法［4］．目前，公认最具发展前景的是化学还原修复法中的催化还原技术．德国学者VORLOP等［5］最早提出在Pd－Cu双金属催化剂作用下，H2能将NO3--N还原为N2-N或NH4+-N．研究［6-12］表明，通过吸附作用，Pd和紧密相邻的辅助金属(Cu，Sn和In等)可将NO3--N中N—O键固定于表面，通过还原剂对N—O键的攻击，首先完成NO3--N至NO2--N的还原历程．还原过程中获得N2-N的关键步骤是中间产物NO-N的生成［13］．2个NO-N碰撞，NO-N和活性空位相遇或者是2个由NO-N进一步还原获得的NH-N碰撞均有机会生成N2-N．依靠对氮的适中吸附能，在一定操作条件下，Pd在NO3--N催化还原历程中会促成NO-N...