[发明专利]一种去除水体中硝酸盐氮的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境化学技术领域，具体涉及一种去除水体中硝酸盐氮的方法。

背景技术

近年来随着工农业及经济的快速发展，水污染也越来越严重。硝酸盐氮已成为进入水体最常见的污染物之一，且污染具有日益恶化的趋势，饮用水中硝酸盐浓度的提高会对人类的健康造成严重的危害，因此水体中硝酸盐氮污染的去除研究已经成为全世界关注的热点环境问题。

水体中硝酸盐氮污染修复技术根据修复原理主要分三类：物理化学修复技术、生物修复技术及化学还原技术。物理方法主要有电渗析、反渗透、蒸馏法、离子交换法等，由于物理化学方法去除水中的硝酸盐氮所需费用过高，且去除不具有选择性，去除不彻底，只是发生了污染物的转移或浓缩。在彻底消除水体中硝酸盐氮污染和降低脱硝成本的两个方面，生物反硝化方法都是目前已投入实用的最好的方法，具有高效低耗特点，但生物方法仍有如下难以克服的缺点：会导致出水中含有细菌和残留有机物，必须进行后续处理工艺才能保证饮用水质的安全性；比较而言，化学脱氮方法优于常用的生化法及物理法，与物理法、生化法比较，化学脱氮方法无二次污染、反应速度快、占地面积小，因反应在常温常压下就能进行，对硝酸盐氮去除率比生化法效率高出许多倍。其中，以铁还原法为代表的活泼金属还原法由于还原剂价格低廉、反应速度快等原因而受到一些研究者的关注。

纳米铁对硝酸盐氮有较高的去除率，但还原产物主要为氨氮，生成率高达90％以上，且初始反应速率不是很高，不能很好的适应高浓度硝酸盐氮去除。此外，按照传统方法，采用纳米铁去除硝酸盐氮的过程中，由于纳米铁具有较强的团聚效应，反应过程中会被部分或完全包覆，导致纳米铁与硝酸盐氮的接触面积显著减小，反应速率降低，反应不彻底。目前的研究均集中于寻找某种催化剂或者修饰方法，来提高纳米铁去除硝酸盐氮的反应速率及降低氨氮生成率。

石墨烯作为一种二维结构的新型碳材料，具有独特的结构和优异的性能。它具有超大的比表面积，理论值高达2630m²/g，电子迁移率为15000cm²·v^-1·s^-1，是目前已知电子迁移率最快的材料，且成本低廉，可加工性好，对待测物质具有一定的电催化作用，可以实现良好的重现性和可再生性。石墨烯被广泛用于电池电极、重金属离子吸附、光催化及导电材料等研究中，但在去除硝酸盐氮方面还未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种去除水体中硝酸盐氮的方法。该方法工艺过程简单，能够同时发挥纳米铁和石墨烯的优良特性，使硝酸盐氮的去除率得到显著提高，能够高效、快速地去除水体中的硝酸盐氮，具有广泛的应用价值。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种去除水体中硝酸盐氮的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备石墨烯负载纳米铁：将七水硫酸亚铁、聚乙二醇和石墨烯加入脱氧蒸馏水中混合均匀，得到悬浊液，然后在搅拌条件下向悬浊液中滴加硼氢化钾溶液，滴加完毕后继续搅拌20min～30min，经过滤和洗涤后得到石墨烯负载纳米铁；所述七水硫酸亚铁、聚乙二醇和石墨烯的加入量为每升脱氧蒸馏水中加入5g～10g七水硫酸亚铁、0.1g～0.3g聚乙二醇和2.5g～30g石墨烯；所述硼氢化钾溶液的浓度为0.8mol/L～1.2mol/L，所述硼氢化钾溶液的体积为脱氧蒸馏水体积的15％～30％；

步骤二、采用石墨烯负载纳米铁去除水体中的硝酸盐氮：将步骤一中所述石墨烯负载纳米铁和处理水体加入反应瓶中混合均匀，然后将盛装有石墨烯负载纳米铁和待处理水体的反应瓶置于恒温水浴振荡器中，在温度为20℃～30℃，振荡频率为50r/min～80r/min的条件下振荡30min～90min，使处理后的水体中硝酸盐氮的去除率为85％以上；所述待处理水体中硝酸盐氮的浓度为30mg/L～80mg/L，所述石墨烯负载纳米铁和待处理水体的固液比为1∶(100～200)。

上述的一种去除水体中硝酸盐氮的方法，其特征在于，步骤一中所述硼氢化钾溶液的滴加速率为0.8mL/min～1.5mL/min。

上述的一种去除水体中硝酸盐氮的方法，其特征在于，步骤一中所述石墨烯负载纳米铁中石墨烯与纳米铁的质量之比为(2.5～15)∶1。

上述的一种去除水体中硝酸盐氮的方法，其特征在于，步骤一中所述七水硫酸亚铁、聚乙二醇和石墨烯的加入量为每升脱氧蒸馏水中加入7.5g七水硫酸亚铁、0.15g聚乙二醇和3.75g～22.5g石墨烯。