[发明专利]负载纳米零价金属的纳米介孔硅催化剂在还原降解水中亚硝胺类有机物中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种去除水中亚硝胺类有机物的方法，具体涉及一种负载纳米零价金属的纳米介孔硅催化剂在还原降解水中亚硝胺类有机物中的应用，属于水处理技术领域。

技术背景

水是人类赖以生存和发展的物质基础，饮水安全则是影响人体健康和国计民生的重大问题。近年来，我国饮用水安全问题时有发生，成为国家政府、人民群众及科研人员广为关注的焦点问题之一。亚硝胺类有机物是一类新兴的饮用水消毒副产物，因其潜在的致癌风险，其致癌风险高于三卤甲烷等常见的卤代消毒副产物，逐渐成为当今研究的热点。

鉴于亚硝胺类有机物的理化性质，限制了传统处理方法对其去除效果。首先，由于亚硝胺类有机物具有较高的水溶性，自然挥发或曝气等物理方法作用有限；第二，由于其分子小且不带电，所以也很难用反渗透等膜处理方法来去除；第三，亚硝胺类有机物是亲水性的物质，很难被疏水类吸附材料吸附，传统的吸附材料很难将亚硝胺类有机物降到较低的浓度水平，亲水性吸附材料如硅土、沸石、树脂、蒙脱石等对亚硝胺类有机物有一定的吸附效果。

目前对水中亚硝胺类有机物的去除方法有吸附法、生物法、紫外光解法、氧化法、还原法等。鉴于亚硝胺类有机物是氧化产物，利用零价金属的还原能力可将其还原为低毒或无毒的产物，常用的零价金属有零价铁、零价锌、零价镍等。零价金属具有廉价易得、低毒安全、粒径小、比表面积大、反应活性高、且不会对环境产生二次污染等优点，使其成为在水污染治理方面倍受关注的新型污染控制技术。

纳米零价金属在降解有机卤代物、硝基芳香烃化合物、硝酸盐氮、高氯酸、有机染料、以及重金属离子等方面都取得了很好的效果。然而，在实际应用中，如纳米零价铁存在一些弊端：(1)粒径小，表面能大且存在磁性，易团聚、沉淀；(2)还原活性很强，化学性质极其不稳定，与空气接触后极易被氧化，很难长期保持表面活性；(3)在还原污染物时会产生氢氧化铁沉淀，附着在表面使其钝化，也会使其在降解后期活性降低；(4)在反应中容易流失，回收难度大，会形成潜在的二次污染。上述弊端在很大程度上限制了纳米零价铁的在实际中的应用。因此，纳米零价铁还原技术研究的难点集中在抑制纳米颗粒的团聚、提高纳米零价铁的稳定性、保持活性等方面。

发明内容

本发明提供了一种还原降解水中亚硝胺类有机物的方法，该方法选用负载纳米零价金属的纳米介孔硅催化剂，有效将水中痕量的亚硝胺类有机物降解为低毒物质。

本发明的方法步骤如下：

向含有亚硝胺类有机物的水中加入负载零价金属的纳米介孔硅催化剂，催化剂用量为100～500mg/L，处理时温度为15-30℃、含有亚硝胺类有机物的水溶液pH值为6-8，反应时间1～3h。

本发明所述的亚硝胺类有机物为N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基甲基乙基胺、N-亚硝基二丙胺、N-亚硝基吡咯胺、N-亚硝基吡啶胺或N-亚硝基吗啉胺的任一种或几种。

本发明所述的负载纳米零价金属的纳米介孔硅催化剂的制备方法如下：

(1)根据纳米零价金属在纳米介孔硅材料中的负载量称取金属可溶性盐，溶解于体积比为40/60的乙醇/水混合溶液中，加入表面活性剂做分散剂，用1mol/L NaOH调节pH为6～7；

(2)根据步骤(1)所述的负载量，机械搅拌条件下加入纳米介孔硅材料，通入氮气并继续搅拌6h；

(3)将0.25～0.5mol/L还原剂逐滴加入步骤(2)的混合溶液中，反应过程中持续通入氮气，在室温下反应3h；

(4)反应后进行分离、清洗、干燥，得到负载纳米零价金属的纳米介孔硅催化剂；

上述制备方法中：

所述的纳米零价金属在纳米介孔硅材料中的负载量为10～20mg/g；

金属可溶性盐与乙醇/水40/60混合溶液的质量/体积g/ml比为1:100-1:500；

表面活性剂与纳米介孔硅材料的质量比为1:100-1:500；

还原剂与金属可溶性盐的体积/质量ml/g比为200:1-500:1。

本发明所述的纳米零价金属为纳米零价铁、纳米零价锌或纳米零价镍中的任一种；所述的金属可溶性盐为铁、锌或镍的可溶性氯化物、硝酸盐或硫酸盐中的任一种。

本发明所述的纳米介孔硅材料为SBA-15、MCM-41、MCM-48或纳米介孔硅球中的任一种。

本发明所述的表面活性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酸钠或聚乙烯醇中的任一种。

本发明所述的还原剂为硼氢化钠、硼氢化钾或水合肼中的任一种。