[发明专利]一种耦合生物阳极电催化去除水中硝酸盐氮的系统

摘要

一种耦合生物阳极电催化去除水中硝酸盐氮的系统，属于水质净化及能源回收利用技术领域。其特征是钛酸四丁酯与金属盐溶液在酸性条件下水解成凝胶，涂在碳纤维布基底上，通过煅烧方法得到金属掺杂TiO₂凝胶电极。将生物阳极中产电菌降解有机污染物产生的电子和质子,用于阴极电催化还原硝酸盐氮，无需任何外加物质和能源消耗将硝酸盐氮还原为氮气从水体中去除。本发明的效果和益处是降低阴极催化剂成本，并利用阳极产电微生物降解有机污染物产生电子和质子供阴极还原反应利用，反应中无需外加电源，无需向反应体系外加任何物质，节约成本，达到节能环保的目的。

主权项

一种耦合生物阳极电催化去除水中硝酸盐氮的系统，是将生物阳极中产电菌降解有机污染物产生的电子和质子用于阴极电催化还原硝酸盐氮，无需任何外加物质和能源消耗将硝酸盐氮还原为氮气从水体中去除，其特征在于：a)阴极电极制备：将钛酸四丁酯溶于无水乙醇，以浓盐酸调节PH，持续搅拌下滴加PdCl₂、CuSO₄混合溶液，搅拌12h水解得到稳定的凝胶；将制得的凝胶均匀涂在清洁碳纤维布上，室温下风干，置于管式炉中煅烧2h，得到金属掺杂TiO₂凝胶电极,改变贵金属掺杂量以及煅烧温度制备不同晶型的催化剂；b)反应器构型：阳极室密封为厌氧环境，将接种有产电希瓦氏菌的活性炭颗粒置于阳极室内，阳极液为人工合成污水，用碳棒将电子导出，阴极室为含硝酸盐氮废水，负载催化剂的碳纤维布电极置于阴极室，阳极室与阴极室间用离子交换膜/质子交换膜隔开；c)反应器运行：产电菌降解污染物产生电子和质子，电子经外电路到达阴极，质子通过离子交换膜/质子交换膜到达阴极室，为催化还原反应提供所需的电子和质子；在阴极催化电极的催化作用下，硝酸根得电子被还原，反应中无需外加电源与质子，硝酸盐氮还原产物为氮气。