[發明專利]去除硝酸鹽氮的方法、相應復合制劑及制備方法及應用

無效

• 申請號: 200910055300.9
• 申請日: 2009-07-24
• 公開（公告）號: CN101613148A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 嚴烈;徐斌;高乃云;夏圣驥;李大鵬
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C02F1/58
• 分類號: C02F1/58;C02F1/70;B01J27/128;B01J27/125;B01J27/053;B01J23/745;C02F101/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司
• 代理人: 吳林松

技術領域

本發明涉及一種對硝酸鹽氮的復合納米鐵材料，適用在地表水、景觀水和地下水中硝酸鹽的快速脫除和其它水體的人工修復。

背景技術

由于農村地區大量氮素化肥的施用，生活污水和含氮工業廢水的未達標排放以及污水的不合理回灌等共同影響，地表和地下水硝酸鹽氮(NO₃--N)現在已成為國內外普遍關注的問題之一。當飲用含較高濃度的硝酸鹽水體后，人和動物可導致缺氧而患高鐵血紅蛋白癥，此外在食道和腸胃系統的酸性厭氧環境中，易被還原成亞硝酸鹽，進而與仲胺反應形成直接致癌物-亞硝胺，因此世界許多國家都規定了水體中的NO₃--N質量濃度的標準。例如：世界衛生組織要求不能超過11.3mg/L，美國EPA的最高含量標準為10mg/L，歐盟組織對硝酸鹽氮的允許水平控制在5.6mg/L，同時我國最新的飲用水水質標準也規定小于10mg/L的標準。

目前的硝酸鹽去除技術主要包括生物脫氮法、蒸餾、電滲析、反滲透和離子交換以及化學還原劑法。生物脫氮需要足夠碳源，進水的C/N直接影響生物脫氮除氮效果；物理法也只能局限于小規模生產，并且費用較高；采用還原劑法脫除水中硝酸鹽是目前國內外研究的熱點，比如催化加氫與零價鐵還原等技術。零價鐵與被還原污染物之間的反應一般在表面進行，因此選擇比表面積大且具有極高表面活性的納米級鐵粉，可有效提高它在水體中污染物的去除效果。目前國內外已有部分文獻報道了應用納米鐵技術還原硝酸鹽的報道，也取得了較好的脫氮效果。但是，在實際應用中存在納米鐵如放置時間較長導致的化學穩定性差、易氧化、易團聚等一系列實際問題。因此如何克服上述問題，提高技術實用性，強化脫除效果，一直以來都是本領域的難點與重點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種去除硝酸鹽氮的方法、相應復合制劑及其制備方法及應用，該方法及復合制劑可以進一步提高納米鐵對硝酸鹽氮的去除率。

為達到以上目的，本發明所采用的解決方案是：

一種去除硝酸鹽氮的方法，其在硝酸鹽中加入納米鐵及催化劑反應。

所述納米鐵及催化劑按重量配比為：納米鐵為93-98％，催化劑為2％-7％。

所述催化劑為鋁鹽或者鐵鹽中的一種或一種以上。

所述鋁鹽為硫酸鋁、聚合氯化鋁；所述鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化鐵。

一種復合制劑，其采用納米鐵及催化劑制成。

所述納米鐵及催化劑按重量配比為：納米鐵為93-98％，催化劑為2％-7％。

所述催化劑為鋁鹽或者鐵鹽中的一種或一種以上。

所述鋁鹽為硫酸鋁、聚合氯化鋁，其最佳重量配比為：納米鐵95-98％、硫酸鋁1-3％、聚合氯化鋁0-2％。

所述鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化鐵，其最佳重量配比為：納米鐵93-95％、硫酸亞鐵2-4％、三氯化鐵3-5％。

所述復合制劑的制備方法，其在裝有丙酮的容器內以低流量通氮氣排除氧，隨后將納米鐵及催化劑按比例依次投入容器中密封，密封容器超聲1小時再以250r/min的轉速搖晃6小時后，通高流量氮氣1h后除掉丙酮獲得制劑。

所述復合制劑在去除硝酸鹽氮方面的應用。

本發明的硫酸鋁和聚合氯化鋁以液態的投加方式好于固態的投加方式。

試驗操作過程如下：

第一步：復合納米鐵材料的制備：用電子天平稱取一定量商品級納米鐵，在準備有200ml丙酮的廣口瓶中，以低流量通氮氣3min，排空瓶內的氧，再將納米鐵、硫酸鋁和聚合氯化鋁三種物質按重量配比納米鐵95-98％、硫酸鋁1-3％、聚合氯化鋁0-2％的比例，以先加納米鐵、然后是硫酸鋁和聚合氯化鋁的順序依次投加到丙酮分散劑中用生膠帶密封將密封的反應瓶以頻率為60KHz的超聲波超聲1h后使三種物質完全分散于丙酮中，再以250r/min的轉速搖晃6小時后，通高流量氮氣1h后除掉丙酮。剩余固體用超純水沖洗后靜置5h后，倒去上清液，用氮氣吹干后放置在真空干燥器中備用。制備時也可以采用納米鐵、硫酸亞鐵、氯化鐵的組合形式制備，其按重量配比納米鐵93-95％、硫酸亞鐵2-4％、三氯化鐵3-5％的比例投入到丙酮分散劑中制備。

第二步：用電子天平稱取商品納米鐵與復合的納米鐵材料各1g，分別放置在有玻璃塞的250mL試劑瓶中，迅速加入200mL已配置好的一定濃度的KNO₃溶液進行對比實驗。整個操作時間控制在10min內，且硝酸鉀溶液由分析純固體配制而成。采用納米鐵及催化劑(鋁鹽、鐵鹽)直接加入硝酸鹽溶液中即可實現降低硝酸鹽氮濃度；

第三步：將它們放置在室溫的搖床中，并保持在200r/min的轉速進行反應。