[发明专利]一种Ti纳米电极高效去除水体中硝酸盐的方法

说明书

技术领域

本发明涉及地下水中硝酸盐处理技术领域，具体涉及一种Ti纳米电极高效去除水体中硝酸盐的方法。

背景技术

近年来，由于工业与生活污水的排放，养殖业迅速发展以及农业过度施用氮肥等，导致世界范围内水体中硝酸盐氮的污染，并呈日益恶化的趋势。我国的情况不容乐观，80年代以来，我国地下水硝酸盐污染越来越严重，对我国北方14个县市69个地点地下水和饮用水硝酸盐含量进行调查统计，数据显示有37个地点水样硝酸盐浓度超过我国生活饮用水卫生标准。世界卫生组织(WHO)《饮用水水质标准》和我国《生活饮用水卫生标准》都规定硝酸盐氮最高限值为10mg/L。高浓度的硝酸盐饮用水会对人体的健康造成严重的危害，硝酸盐本身毒性很低，它进入人体肠胃以后被还原为亚硝酸盐，其毒性是硝酸盐的11倍，亚硝酸盐能导致高铁血红蛋白症和诱发多种癌症，在较大剂量时还对人体血管神经和心血管系统存在不良影响。

对受硝酸盐污染的地下水净化技术，主要有物理法、化学法和生物法等。物理法可以有效地去除地下水中的硝酸盐，但并没有对其进行彻底的降解去除，只是将硝酸盐污染物进行了浓缩或转移，且处理费用较高，产生的浓缩废水会造成二次处理难题。化学法主要是催化还原法，反应过程中很难将硝酸盐完全转化成无害的氮气，会产生氨氮、金属离子、金属氧化物等导致二次污染。生物脱氮技术反应器占地面积大、处理速度慢、易受环境影响、出水中含有细菌和残留有机物，需要进行后续处理。电化学法利用电子作为洁净的氧化还原反应参与物，直接或间接地进行化学物质间的转换，可将硝酸盐氮还原为对环境友好的氮气，但电化学法还原去除硝酸盐会产生亚硝酸盐及氨等副产物，迄今为止一直未得到有效的解决，从而限制了其实用化。

在电化学还原硝酸盐方面，已经有使用不同阴阳极组合运用电化学法去除饮用水源中硝酸盐的方法的专利(CN101746871A)；金属改性活性炭纤维电极和用该电极去除硝酸盐的方法的专利(CN1789498A)，但是都未提供硝酸盐还原副产物(主要是铵盐)去除的方法。此外，在以往的文献中已有利用电化学氧化去除废水中氨氮的研究，但仍存在其副产物的去除问题。有研究者采用Ti电极等去除硝酸盐，虽然能够将硝酸盐去除，但对硝酸盐的去除率较低。许多学者对于纳米电极的制作进行了研究，而在纳米电极的制作过程中，还未发现使用贵金属IrO₂作为辅助电极即阴极来制作纳米电极的研究，关于用此方法制作的纳米电极去除水中硝酸盐的研究目前也还未有报道。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种Ti纳米电极高效去除水体中硝酸盐的方法，使用以IrO₂辅助电极制作的Ti纳米电极，在一个电化学反应槽内有效地去除硝酸盐，无需其他辅助的处理装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Ti纳米电极高效去除水体中硝酸盐的方法，使用以IrO₂为辅助电极制作的Ti纳米电极，在一个电解槽内有效地去除硝酸盐，无需其他辅助的处理装置，具体包括如下步骤：

步骤1：取硝酸盐污染水，其中硝酸盐氮含量为25～100mg/L，硫酸钠含量0.1～1.0g/L；

步骤2：采用以IrO₂为辅助电极制作的Ti纳米电极为阴极，采用Ti/Pt电极为阳极，阴极和阳极极板间距5～20mm；

步骤3：将硝酸盐污染水、阴极和阳极放入电解槽中，设定电流在0.2～3.0A条件下，电解60～300分钟，从而还原去除硝酸盐；硝酸盐在阴极得到电子被还原生成氮气、亚硝酸盐或氨，达到去除硝酸盐的目的；反应式如下：

阴极反应：

NO₃^-+H₂O+2e^-＝NO₂^-+2OH^-       (1)

NO₃^-+3H₂O+5e^-＝1/2N₂+6OH^-      (2)

NO₂^-+5H₂O+6e^-＝NH₃+7OH^-       (3)