[发明专利]应用于化学还原污水硝酸盐的高效催化剂的制备方法

说明书

应用于化学还原污水硝酸盐的高效催化剂的制备方法，属于污水处理领域。其特征在于：制备步骤为：大孔聚苯乙烯树脂载体活化预处理制得催化剂前驱体A，将催化剂前驱体A置于PdCl_2h和Ce（NO₃）₃浸渍液中浸渍；催化剂前驱体在EDTA饱和溶液中浸渍，干燥；再置于硫酸铜浸渍液中浸渍。通过对载体进行多步预处理，增加了载体与EDTA以及活性组分的结合力，使大量金属离子被结合、均匀分散在交换树脂微孔的内表面，金属离子被还原后形成金属簇，深陷于树脂的三维网络结构之中，使得活性在树脂上均匀分散，并牢固结合。

技术领域

应用于化学还原污水硝酸盐的高效催化剂的制备方法，属于污水处理领域。

背景技术

水体中的氮元素主要是离子态氮，其中以硝酸盐氮为主，其次是氨氮和亚硝酸盐氮，这些盐都会对环境造成污染，氨氮会引起水体富营养化，亚硝态氮会对人体和动植物的健康产生危害。自然界中硝酸盐来源主要包括两个方面，废水来源广泛、成分复杂，如化肥制造、钢铁生产、火药制造、饲料生产、肉类加工、电子元件及烟气脱硝吸收液等，硝酸盐被摄入人和动物体内后，部分会被还原成亚硝酸盐。亚硝酸根可将血液中的血红蛋白氧化为尚铁血红蛋白，后者不具备结合氧的能力，当血液中尚铁血红蛋白含量增加时，血液输送氧的能力下降，严重者导致人体组织紫疫，临床上称高铁血蛋白症。此外，亚硝酸根离子进入人体后还可引起婴儿蓝血症，尤其是4个月以内的婴儿反应很敏感，对孕期妇女、年老和体弱的敏感人群也易造成很大危害。亚硝酸盐在胃里可与仲铵作用形成强致癌物亚硝钱，英国、智利、哥伦比亚均有硝酸盐与高胃癌发病率相关性的报道；美国发现饮水中高含量的硝酸盐与高血压发病率之间有关系。据粗略统计，我国约有3000万人饮用高硝酸盐水，硝酸盐污染已成为我国癌症发生的主要环境因素之一。因此，国家有关标准对水体中硝酸盐浓度做了规定，其中饮用水卫生标准规定硝酸盐最高允许浓度为20mg/L，地表水质量标准GB3838-2002规定集中式生活饮用水地表水源的硝酸盐最高允许浓度为10 mg/L。综上所述，如何有效地处理这些高浓度硝酸盐废水，提高出水水质成为了水污染控制领域的热点和难点之一，得到了诸多研究者的广泛重视。

对硝酸盐废水的处理方法主要有物理化学法、生物脱氮法和催化还原法。物理化学方法去除废水中硝酸盐的方法主要有离子交换法、反渗透、电渗析、蒸馆法等。这些方法运行费用过高，它们都是将硝酸盐集中于介质或废液中，实际上并没有对其进行彻底地去除，只是发生了硝酸盐污染物的转移或浓缩。

生物脱氮分为硝化和反硝化两个过程,硝化反应将NH₄⁺转化为硝酸盐,反硝化是指反硝化菌以硝酸根作为电子受体，在缺氧或无氧的条件下把硝酸根还原为氮气释放到大气当中。

化学催化还原硝酸根是指以氢气、甲酸等为还原剂，在反应中加入适当的催化剂，利用催化剂的催化作用将硝酸盐还原为氮气。该工艺的优点是反应活性高，比生物反硝化的活性要高30倍，该工艺的关键在于制备性能良好的催化剂，使催化剂同时具备高反应活性和高选择性。

现有技术中有一种活性炭布负载的双金属Pd-Cu 纳米催化剂，所述纳米催化剂包含约1％重量Pd 和约0.35-0.45％重量Cu，并且具有约8-10m2/m2的表面Cu/Pd 金属比。所述纳米催化剂能够以对氮的高选择性从废水去除硝酸盐和/ 或亚硝酸盐。该催化剂制备方法为溅射沉积，制备过程中需要保持持续的氢气流和氮气流进行高温焙烧还原，生产过程较难控制，同时制备的催化剂分散度较低，导致活性较差，最高只有77.6%。

文献化学反硝化去除硝酸盐的试验研究中，作者以在间歇式完全混合反应器中以Pd-Cu/γ-Al2O3为催化剂，对催化还原硝酸盐进行了实验研究，结果表明在负载型金属催化剂作用下，硝酸盐能有效地被还原生成N₂，总氮的去除率达80%以上。该催化剂制备过程中，周期性搅拌与室温干燥时间较长。此外，对于负载型催化剂，350℃下的焙烧难以保证活性组份与载体的牢固结合，易导致催化剂寿命缩短。

发明内容