电化学耦合反渗透膜系统中铵氧化行为对氨氮去除效率提升的机制探讨

作     者：袁珂鑫 谢雨洁 罗蓓阳 吴清莲 鲍现 马军 

作者机构：哈尔滨工业大学环境学院城市水资源与水环境国家重点实验室 

出 版 物：《环境工程学报》 (Chinese Journal of Environmental Engineering)

年 卷 期：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：黑龙江省自然基金优秀青年项目(YQ2023E021) 国家自然基金青年项目(52200051) 

主　　题：电化学耦合反渗透膜系统 氨氮去除率 RuO -IrO 渗透载体阳极 铵氧化作用 污水资源化处理 

摘      要：为提高反渗透膜系统对生活污水中氨氮的去除率，设计了一种新颖的电化学耦合反渗透膜系统。与传统反渗透系统相比，该系统通过创新性地将进料隔网和渗透载体进行导电化处理，并分别连接外部电源的负极和正极，施加电压以增强反渗透膜系统对氨氮的去除能力。结果表明，在4 V外加电压下，反渗透膜系统对氨氮的去除率从未施加电压下的94.51%提升到99.91%。这种增强的氨氮去除率不仅得益于反向电场力对铵根离子的拖曳作用，还得益于高电压条件下的铵氧化作用。通过循环伏安曲线、系列电解实验、电子自旋共振以及自由基猝灭实验，证明了该电化学耦合膜系统中的渗透载体RuO2-IrO2阳极在高电压条件下铵氧化反应的发生，其机制为氯介导的间接铵氧化反应，反应路径为断点氯化。同时，在氯介导的间接铵氧化反应过程中，证实了其活性物种为活性氯而非氯自由基。以上研究结果揭示了铵氧化行为对电化学耦合膜系统中氨氮去除升高的关键作用及其作用机制，为未来的污水资源化处理技术提供了新的理论基础。此外，该系统设计简单，易扩展，维护成本低，具有显著的实际应用潜力。