高過電位電極的製備及其構建的太陽能和電能脫氮裝置的製作方法

2023-05-23 02:11:21

專利名稱：高過電位電極的製備及其構建的太陽能和電能脫氮裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種脫氮裝置，具體涉及的是高過電位電極的製備及其構建的太陽能和電能脫氮裝置，在晴天通過太陽能脫氮，在陰雨天通過電能脫氮。
背景技術：
氨氮超標(15mg/L)排放常常引起水體的富營養化，導致魚類中毒，甚至爆發藍藻，嚴重影響人們的生產生活，威脅人們的身體健康。目前的脫氮方法主要是硝化-反硝化微生物脫氮法。該方法脫氮受溫度、酸度、溶解氧濃度等多因素的影響，運行不夠穩定，且作用時間長；還需要添加有機碳，增加了成本，同時也可能出現新的殘留。為此，人們採用電化學方法氧化氨氮成為氮氣，從而實現脫氮的目標。專利號為200510032646.9的專利公開了一種電極生物膜-SBR脫氮除磷裝置，該裝置使用石墨板作電極；專利號為201020226519.9的發明專利使用不鏽鋼、石墨、鈦及在鈦板上覆蓋二氧化鉛和氧化釕材料等作為電極材料；專利號為201020540925.2的發明專利則使用貴金屬和鐵為電極。這些裝置和設備所使用的電極材料，其析氧析氫的過電位低，導致能耗大。電極表面覆蓋氧化鉛雖然能解決過電位低的問題，但是氧化鉛容易產生二次汙染，因此不是理想的電極材料。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術存在的以上問題，提供高過電位電極的製備及其構建的太陽能和電能脫氮裝置，利用太陽能作為動力，節省能源。為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現:
高過電位電極的製備，包括以下步驟:` 步驟I)在燒杯中加入SnCl4、SbCl3,加入濃鹽酸、正丁醇溶液，攪拌使其溶解，再加入Nd (NO3)3，攪拌使其溶解；
步驟2)將石墨電極置入到燒杯中浸泡，取出，50°C烘乾半小時；
步驟3)然後放入馬弗爐中，在420°C晶化，取出冷卻，重複操作12次，得到釹摻雜的氧化錫石墨電極。進一步的，所述步驟2中的浸泡時間設置為2小時，所述步驟3中的晶化時間設置為2小時。高過電位電極構建的太陽能和電能脫氮裝置，包括太陽能電化學脫氮裝置和電化學氧化脫氮裝置；所述太陽能電化學脫氮裝置包括太陽能電池，所述太陽能電池的正極接第一陽極，所述太陽能電池的負極接電位控制器，所述電位控制器連接第一陰極；所述電化學氧化脫氮裝置包括直流電源的負極連接第二陰極，所述直流電源的正極連接第二陽極。本發明的有益效果是:
稀土釹是既具有優良的導電性能，同時水中的氫和氧在釹摻雜的電極材料上又具有較高的析出過電位。因此，以釹摻雜的材料作為電極材料既可降解氨氮，又可有效地防止氫氣和氧氣的析出，從而降低了電化學脫氮過程中的能耗。


圖1為太陽能電化學脫氮裝置；
圖2為電化學氧化脫氮裝置。圖中標號說明:1、太陽能電池，2、電位控制器,3、第一陰極,4、第一反應槽,5、第一陽極，6、直流電源，7、第二陰極，8、第二陽極，9、第二反應槽。
具體實施例方式下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。高過電位電極的製備，包括以下步驟:
步驟I)在燒杯中加入SnCl4、SbCl3,加入濃鹽酸、正丁醇溶液，攪拌使其溶解，再加入Nd (NO3)3，攪拌使其溶解；
步驟2)將石墨電極置入到燒杯中浸泡，取出，50°C烘乾半小時；
步驟3)然後放入馬弗爐中，在420°C晶化，取出冷卻，重複操作12次，得到釹摻雜的氧化錫石墨電極。進一步的，所述步驟2中的浸泡時間設置為2小時，所述步驟3中的晶化時間設置為2小時。高過電位電極構建·的太陽能和電能脫氮裝置，包括太陽能電化學脫氮裝置和電化學氧化脫氮裝置；所述太陽能電化學脫氮裝置包括太陽能電池1，所述太陽能電池I的正極接第一陽極5，所述太陽能電池I的負極接電位控制器2，所述電位控制器2連接第一陰極3 ;所述電化學氧化脫氮裝置包括直流電源6的負極連接第二陰極7，所述直流電源6的正極連接第二陽極8。實施例1
以釹摻雜的氧化錫石墨電極分別作為陽極和陰極，將其置入到IOOmL第一反應槽5中，電極有效面積為6.8cm2，兩電極相距3.5cm，組裝成太陽能電解裝置如圖1所示。取氨氮濃度為150mg/L的溶液100ml，加入NaCl支持電解質，使其濃度為0.lmol/L。接通電源，調整電極電壓為2.4伏,光電解62h,用奈氏試劑法測得氨氮含量降低到6.0mg/Lo此值遠低於15mg/L的國家排放標準。實施例2
以釹摻雜的氧化錫石墨電極分別作為陽極和陰極，將其置入到IOOmL第二反應槽9中，電極有效面積為6.8cm2，兩電極相距3.5cm，組裝電化學電解裝置如圖2所示。取氨氮濃度為100mg/L的溶液100ml，加入NaCl支持電解質，使其濃度為0.lmol/L。接通電源，調整電極電壓為2.4伏，電化學電解62h，用奈氏試劑法測得氨氮含量從100mg/L降低到9.0mg/L,達到國家排放標準。
權利要求
1.高過電位電極的製備，其特徵在於，包括以下步驟: 步驟I)在燒杯中加入SnCl4、SbCl3,加入濃鹽酸、正丁醇溶液，攪拌使其溶解，再加入Nd (NO3)3，攪拌使其溶解； 步驟2)將石墨電極置入到燒杯中浸泡，取出，50°C烘乾半小時； 步驟3)然後放入馬弗爐中，在420°C晶化，取出冷卻，重複操作12次，得到釹摻雜的氧化錫石墨電極。
2.根據權利要求1所述的高過電位電極的製備，其特徵在於:所述步驟2中的浸泡時間設置為2小時，所述步驟3中的晶化時間設置為2小時。
3.高過電位電極構建的太陽能和電能脫氮裝置，其特徵在於:包括太陽能電化學脫氮裝置和電化學氧化脫氮裝置；所述太陽能電化學脫氮裝置包括太陽能電池(1)，所述太陽能電池(I)的正極接第一陽極(5)，所述太陽能電池(I)的負極接電位控制器(2)，所述電位控制器(2)連接第 一陰極(3);所述電化學氧化脫氮裝置包括直流電源(6)的負極連接第二陰極(7)，所述直流電源(6)的正極連接第二陽極(8)。
全文摘要
本發明公開了高過電位電極的製備，包括以下步驟步驟1)在燒杯中加入SnCl4、SbCl3，加入濃鹽酸、正丁醇溶液，攪拌使其溶解，再加入Nd(NO3)3，攪拌使其溶解；步驟2)將石墨電極置入到燒杯中浸泡，取出，50℃烘乾半小時；步驟3)然後放入馬弗爐中，在420℃晶化，取出冷卻，重複操作12次，得到釹摻雜的氧化錫石墨電極。本發明將汙水中的氨氮直接快速地氧化成氮氣，而且效率高，無二次汙染，脫氮速度穩定。本法利用太陽能作為動力驅動，可節省能源。
文檔編號C02F101/16GK103241809SQ20131021166
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月31日 優先權日2013年5月31日
發明者劉守清, 劉曉宇 申請人:蘇州科技學院