[发明专利]一种Cu/GO/Ti电极与制备方法及其在去除水中氨氮和硝酸盐中的应用

说明书

本发明公开一种Cu/GO/Ti电极与制备方法及其在去除水中氨氮和硝酸盐中的应用，属于电化学水处理技术领域，通过草酸溶液中煮沸蚀刻钛板成凹凸均匀的表面，得到Ti基体，通过电沉积的方法分别将氧化石墨烯和铜电镀到Ti基体上，制备得到Cu/GO/Ti电极，并将其用于去除水中氨氮和硝酸盐，利用有催化作用的电极材料，发生电化学催化还原反应，使得硝酸根还原为氮气，以去除水中的硝酸盐，该方法操作简单，对设备要求低，提高硝酸盐的去除效率，减少电极表面金属的溶出性延长电极使用寿命、降低电解所需能耗。

技术领域

本发明涉及电化学水处理技术领域，具体为一种Cu/GO/Ti电极与制备方法及其在去除水中氨氮和硝酸盐中的应用。

背景技术

近年来随着我国农业化、工业化以及城市化的不断提高，导致水体受到的污染越来越严重。工业废水、生活污水的不达标排放，农业中化肥的过量使用，使得越来越多的氮、磷等营养物质进入水环境中，造成诸多河流、水库、湖泊等水体富营养化，并且直接影响到居民的饮水以及给工业用水带来很大负面影响，同时饮用水中硝酸盐含量过高会对人体健康产生一定危害。水体中的硝酸盐和亚硝酸盐还会和各种含氮有机化合物(酰胺、尿素等)相互作用，形成一些稳定性较好的致癌、致畸、致突变的N-亚硝基族化合物，会对人体健康带来极大危害，如人体会产生肠道、神经系统、甲状腺、皮肤等肿瘤疾病。因此，去除水体中的氨氮和硝酸盐是关系到环境和人类健康的重要课题，寻求成本较低、处理效果较好的硝酸盐去除方法是十分必要的。

目前应用于水中同步去除氨氮和硝酸盐去除的技术主要有：离子交换、反渗透、电渗析、化学还原、生物反硝化和电化学法等。电化学法由于其无需添加其他氧化还原剂、容易控制以及无二次污染等优点，广泛用于含氮废水的处理。电化学法是一种操作简单，反应条件温和、可控性强的水处理方法，利用阳极表面在电场的作用下产生的强氧化性物质降解氨氮，阴极表面的金属对硝酸盐的催化作用，达到去除氨氮和硝酸盐的目的。国内常用金属修饰基体的电极作为阴极去除水中硝酸盐，其降解硝酸盐所需能耗较高，且随着电解时间的增加，修饰电极的表面金属活性层在电解的过程中易脱落，导致它对硝酸盐的电催化性能下降。因此，有必要开发一种稳定的高效的电极材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种Cu/GO/Ti电极与制备方法及其在去除水中氨氮和硝酸盐中的应用，制备方法操作简单，材料来源广泛，制得的电极板性能好，能够使用Cu/GO/Ti电极同步去除水中氨氮和硝酸盐。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Cu/GO/Ti电极的制备方法，包括如下步骤：

步骤S1，基体处理，将钛板打磨光滑，依次用氢氧化钠溶液、盐酸和蒸馏水冲洗，然后在草酸溶液中煮沸1-3h，蚀刻成凹凸均匀的表面，得到Ti基体，放入草酸溶液中保存备用；

步骤S2，称取GO和Na₂SO₄溶于100mL去离子水中，制得GO电解液，其中，GO与Na₂SO₄的质量比为(1：30)～(1：40)，GO与去离子水的质量比为(1:1000)～(1:10000)；

步骤S3，采用电沉积法将GO电解液中的GO电镀到Ti基体上，得到GO/Ti电极；

步骤S4，称取CuCl₂溶于去离子水中，制得CuCl₂电解液，其中，CuCl₂和去离子水的质量比为(1:200)～(1:800)；

步骤S5，采用电沉积法将CuCl₂电解液中的Cu电镀到GO/Ti电极上，得到Cu/GO/Ti电极。

可选的，步骤S1中，氢氧化钠溶液的浓度为0.1-1mol/L，盐酸的浓度为0.1-1mol/L。

可选的，步骤S1中，草酸溶液的质量百分浓度为5％-20％。