[发明专利]Pd/Fe3O4催化剂用于除去水溶液中硝酸根或亚硝酸根的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种除去水溶液中硝酸根或亚硝酸根的方法，具体涉及一种Pd/Fe₃O₄催化剂用于除去水溶液中硝酸根或亚硝酸根的应用。

背景技术

随着世界工、农业的发展和人类生产活动的大规模扩大，作为饮用水主要来源地的表水中硝酸根的浓度在不断增加，并且有日益恶化的趋势。饮用水和蔬菜等饮食中含有过量的硝酸盐，会对人体产生很大的危害。虽然硝酸盐本身对人体没有危害，但硝酸盐摄入人体后在还原性细菌的作用下部分被还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体血液作用，将血液中的血红蛋白分子中的二价铁氧化为三价铁，形成高铁血红蛋白症，从而使血液失去携氧功能，使人缺氧中毒，轻者头晕、心悸、呕吐、口唇青紫，重者神志不清、呼吸急促、抽搐，抢救不及时可危及生命，尤其是三个月以下的婴儿，由于其胃内酸度低于成年人，且体内可以将高铁血红蛋白转换回血红蛋白的酶含量较成年人低，更易患高铁血红蛋白症。此外还发现，亚硝酸盐在胃中能和氨氮结合形成亚硝胺和亚硝酰氨，它们都是高度致癌物质，也是能造成畸胎和引发诱变的物质。

鉴于硝酸盐的危害，全世界的环境机构都为饮用水中硝酸盐氮的含量限定了最高允许浓度。世界卫生组织国际饮水卫生标准和欧盟组织规定饮用水中硝酸盐的最高允许浓度为10mg/L。美国的饮用水标准公共卫生部规定，饮用水中硝酸盐的含量不允许超过10mg/L。我国地下水水质标准中饮用水标准规定硝酸盐含量也是10mg/L(以N计)。

早在六十年代，我国北方一些地区，如辽宁、吉林、河北等省(尤其以地下水供水为主)的部分地区，曾经有过“地下肥水”问题的报道，所谓“地下肥水”就是硝酸盐污染的地下水。80年代我国对全国118个大中城市2～7年的水质监测数据表明，有76个城市地下水受到严重污染，占64％；39个城市地下水受轻度污染，占33％；仅有3个城市地下水未受污染。目前，我国大约有3500万人在饮用高硝酸盐污染的水，主要分布在华北、西北、东北地区，且某些地区污染已经十分严重。因此消除水中硝酸盐的污染是一项颇具挑战性而又急迫的任务。

目前，除去水中硝酸根或亚硝酸根的方法主要有：离子交换法、反渗透法、电渗析法、生物脱氮法、化学还原法。

其中，离子交换、反渗透、电渗析属于物理方法，其局限性是没有把硝酸根或亚硝酸根彻底的除去，而是产生了大量的废水，这些废水仍然需要进一步的处理。生物脱氮法的缺点是周期长，容易产生大量的污泥废弃物。化学还原法容易造成对水质的污染，引入杂质离子，而且还原剂不能重复利用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种Pd/Fe₃O₄催化剂用于除去水溶液中硝酸根或亚硝酸根的应用。Pd/Fe₃O₄催化剂在水溶液中可以催化还原硝酸根或亚硝酸根，Pd/Fe₃O₄催化剂活性高、容易分离，经过六次循环利用后仍然具有很好的催化作用。

本发明的技术方案为：

一种Pd/Fe₃O₄催化剂用于除去水溶液中硝酸根或亚硝酸根的应用，该应用是在含有硝酸根或亚硝酸根的水溶液中放入Pd/Fe₃O₄催化剂，用盐酸和氢氧化钠中的一种或两种控制溶液初始pH为4～11，然后通入氢气进行催化还原反应；其中，催化剂用量0.3～2g/L，溶液中硝酸根或亚硝酸根含量50～200ppm，反应时间0.3～3小时。

反应过程中可以不再控制溶液pH值，或用盐酸和氢氧化钠中的一种或两种控制溶液pH恒为4～11中的任意值。

所述Pd/Fe₃O₄催化剂中Pd的质量含量为3～5％，每升溶液中氢气用量为50～200ml。

上述催化还原过程的反应式为：

所述Pd/Fe₃O₄催化剂，首先采用沉淀法制备了PdO/Fe(OH)x的催化剂前驱体，然后对前驱体进行还原，得到了Pd/Fe₃O₄催化剂，具体步骤为：

1)将一定量的氯化铁、氯化钯溶于水中，待两者溶解后在搅拌条件下滴加碳酸钠的溶液，当pH升至9时停止滴加；继续搅拌3小时，然后陈化3小时，最后离心、洗涤、干燥，得到催化剂前驱体PdO/Fe(OH)x。