[发明专利]一种去除水中总氮的电化学过滤器

说明书

本发明属于水处理技术领域，公开了一种去除水中总氮的电化学过滤器，将待处理水体经进水口连续打入到阴极反应室，在一定的电流电压下，依次流经三维纳米尖端多孔阴极、阳极，经过一定的时间反应之后，最终使水体中的硝酸盐氮、氨氮、和亚硝酸盐氮转化为氮气。本发明利用微米级孔径电极可缩短物质向电极表面的传质距离，孔道内部的纳米尖端结构增加了液体流动过程中污染物和电极的碰撞机会，同时将反应离子限制在三维纳米尖端多孔电极内部通道，削弱了电场力作用下同性离子的排斥作用，解决了传统电化学反应器电极有效反应面积小、两极间距过大、传质效率低、反应效率低、电极排斥反应物、反应气体积累、反应器难以放大等问题。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种去除水中总氮的电化学过滤器。

背景技术

电化学是一种利用电子和活性氢还原硝酸根产生氮气的有效水处理技术，其因为无pH限制、保留其他盐分、不产生浓缩液、无需添加化学品、无反冲洗、容易自动化控制、效果稳定、反应迅速等优点受到广泛的研究和应用。

电化学反应器结构作为影响电化学氧化还原效率的重要因素受到了广泛的研究。板槽式反应器是研究最多的电催化反应器，但是板式电极具有有效反应面积小，电极两级间距过大，传质受限，阴极排斥硝酸根阴离子抑制了吸附和氧化还原反应的缺点。而且阴极还原物质(如NH₃,NO₂^-)可能在板槽式反应器的阳极上被再氧化，这降低了整体法拉迪效率。此外，在阳极产生的氧气溶解在解在电解质中并扩散到阴极，在那里竞争性的氧还原反应消耗阴极上的电子。更重要的是，在阳极发生的析氧反应产生的O₂将亚硝酸盐再氧化成硝酸盐，参见Restoring the Nitrogen Cycle by Electrochemical Reduction ofNitrate:Progress and Prospects和Removal of nitrates by electrolysis in non-chloride media:Effect of the anode material。一种策略是在阳极和阴极之间放置离子交换膜，并将一个腔室分成两个。一个阳离子交换膜可以阻止阴离子从阴极穿过到阳极室，这样，副反应就可以在一定程度上降到最低。但是离子交换膜在使用的过程中经常会被碳酸盐或者有机化合物堵塞，参见Critical Review of Pd-Based Catalytic Treatmentof Priority Contaminants in Water和Optimization of the cathode material fornitrate removal by a paired electrolysis process。此外，鉴于间歇反应器的局限性(例如，有限的反应面积和容量)和按比例放大的困难，某种流动条件下的创新膜反应器可以解决这些问题，膜反应器通过膜的截留功能和电化学还原的共同作用下实现了硝酸银的还原，参见Electrocatalytic Reduction of Nitrate Using Magnéli Phase TiO₂Reactive Electrochemical Membranes Doped with Pd-Based Catalysts和Electro-oxidation of organic pollutants by reactive electrochemical membranes。而电化学膜反应器则需要施加一定的外压保证液体的流动，并且反应过程中产生的气体容易滞留在反应器中，使得膜反应器存在一定的安全隐患。