Extremely Efficient Decomposition of Ammonia N to N2 Using ClO• from Reactions of HO• and HOCl Generated in Situ on a Novel Bifacial Photoelectroanode

化学 分解 阳极 反应速率常数 无机化学 阴极 分析化学(期刊) 氮气 核化学 电极 动力学 物理化学 环境化学 有机化学 物理 量子力学
作者
Yan Zhang,Jinhua Li,Jing Bai,Linsen Li,Shuai Chen,Tingsheng Zhou,Jiachen Wang,Ligang Xia,Qing Xu,Baoxue Zhou
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (12): 6945-6953 被引量:95
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b00959
摘要

The conversion of excess ammonia N into harmless N2 is a primary challenge for wastewater treatment. We present here a method to generate ClO• directionally for quick and efficient decomposition of NH4+ N to N2. ClO• was produced and enhanced by a bifacial anode, a front WO3 photoanode and a rear Sb-SnO2 anode, in which HO• generated on WO3 reacts with HClO generated on Sb-SnO2 to form ClO•. Results show that the ammonia decomposition rate of Sb-SnO2/WO3 is 4.4 times than that of WO3 and 3.3 times than that of Sb-SnO2, with achievement of the removal of NH4+ N on Sb-SnO2/WO3 and WO3 being 99.2 and 58.3% in 90 min, respectively. This enhancement is attributed to the high rate constant of ClO• with NH4+ N, which is 2.8 and 34.8 times than those of Cl• and HO•, respectively. The steady-state concentration of ClO• (2.5 × 10-13 M) is 102 times those of HO• and Cl•, and this is further confirmed by kinetic simulations. In combination with the Pd-Cu/NF cathode to form a denitrification exhaustion system, Sb-SnO2/WO3 shows excellent total nitrogen removal (98.4%), which is more effective than WO3 (47.1%) in 90 min. This study provides new insight on the directed ClO• generation and its application on ammonia wastewater treatment.
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