[发明专利]一种催化还原水中硝酸根的纳米钯银合金催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种催化还原水中硝酸根的纳米钯银合金催化材料及其制备方法和应用，属于环境保护技术和纳米材料制备技术领域。采用表面改性结合顺序连续还原的技术手段，将银元素成功引入到钯纳米颗粒中，实现了尺寸在2‑5nm的钯银合金纳米颗粒在氨基改性氧化硅载体上的均匀负载。在甲酸作为还原剂的条件下，钯银合金纳米催化材料能够很好地分解甲酸产生原位氢源和缓冲剂二氧化碳，进而提高了催化还原硝酸根的反应速率和选择性，从而解决常用的氢气还原过程中氢气泄露、对反应设备要求高等问题，特别是传统单元催化材料选择性差的难题。

技术领域

本发明属于环境保护和纳米材料制备技术领域，具体涉及一种催化还原水中硝酸根的纳米钯银合金催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于工农业的迅猛发展，地下以及地表水受到了严重的污染，尤其是化工企业的超标排放以及农业过度施肥，导致水中的硝酸盐含量急剧上升。饮用水中的高浓度的硝酸盐对人体健康造成严重危害。硝酸盐在人体内经硝酸盐还原菌转化为亚硝酸盐，亚硝酸盐会与血液中起传送氧气功能的血红蛋白反应形成高铁血红蛋白,从而影响血液中氧的传输能力。在成年人的血液中，酶可以将高铁血红蛋白再转换回血红蛋白，使得高铁血红蛋白的含量不超过1％。新生儿体内这种酶含量较低，因此他们的高铁血红蛋白的含量通常在1％到2％。任何高于该含量的血液病均被称为是高铁血红蛋白症，在含量较高时，通常会有紫组出现，在这种情况下，婴儿会出现粘膜变蓝以及消化和呼吸系统疾病l川。而且婴儿胃内酸度低于成年人，有利于硝酸盐还原菌的发展，所以婴儿对硝酸盐的潜在毒性比少年儿童和成年人更为敏感，尤其是六个月以下的婴儿。当饮用水中硝酸盐含量达到90-140毫克/升时，就能导致婴儿高铁血红蛋白症，俗称蓝婴病，当血液中高铁血红素的含量达到70％时，即导致窒息而死。水体中的亚硝酸盐有致癌作用，水体中硝酸盐含量过高，同样会诱发鱼类等水生动物发生病变、水体富营养化，从而影响生态系统的平衡。因此，世界各国对饮用水中硝酸盐的浓度做了严格的限制：欧盟对饮用水中的硝酸根的浓度限制在50毫克/升，世界卫生组织对饮用水的硝酸根的浓度标准为25毫克/升，我国对饮用水中的硝酸根最高浓度限制在了10毫克/升(以氮计，折合硝酸根浓度为44.3毫克/升)。

为了降低饮用水中的硝酸根的浓度，保障饮用水的安全性、可靠性，处理水中硝酸盐的方法得到了很大的发展，目前的去除水中硝酸盐的方法可以分为三大类：物理法、化学法和生物法。物理法包括离子交换法、反渗透法、电渗析法等，化学法包括普通化学还原和催化还原等，生物法主要是利用消耗氮的一些细菌来去除水中硝酸盐。虽然物理法在工业上得以广泛应用，但是硝酸根并没有被消除，只是收集起来，仍然需要后处理过程。生物法的处理效率十分低，很难广泛应用。

催化还原作为一种新型的水处理方法，已经被广泛用于水质净化的研究，催化还原去除硝酸根具有效率高，生成无毒的氮气直接释放出来，对环境没有二次污染，不会产生废水，是一种比较有前途的水处理技术。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种催化还原水中硝酸根的纳米钯银合金催化材料及其制备方法和应用。

本发明的技术方案是：

一种催化还原水中硝酸根的纳米钯银合金催化材料，该催化材料是由贵金属钯、银和氨基改性的氧化硅组成；其中：钯和银是以钯银合金形式存在，所述钯银合金的颗粒尺寸为2-5nm，所述钯银合金均匀负载于氨基改性的氧化硅载体上。

该催化材料中，钯的重量百分含量为0.1-1.5％，银的重量百分含量为0.1-3％。

所述的催化还原水中硝酸根的纳米钯银合金催化材料按照如下步骤进行制备：

(1)氨基改性的氧化硅载体的制备：将10克氧化硅放在300-500毫升的无水乙醇里搅拌0.5小时，加入0.5-2毫升3-氨基丙基三乙氧基硅烷，放在70℃水浴中用回流的方法搅拌24小时，然后在40℃真空条件下干燥8-12小时，获得所述氨基改性的氧化硅载体；