[發明專利]Pd/Fe3O4催化劑用于除去水溶液中硝酸根或亞硝酸根的應用

有效

• 申請號: 201110351694.X
• 申請日: 2011-11-09
• 公開（公告）號: CN103102002A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 孫武珠;李琦;高世安;尚建庫
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C02F1/70
• 分類號: C02F1/70;C02F1/58;B01J23/89
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術領域

本發明涉及一種除去水溶液中硝酸根或亞硝酸根的方法，具體涉及一種Pd/Fe₃O₄催化劑用于除去水溶液中硝酸根或亞硝酸根的應用。

背景技術

隨著世界工、農業的發展和人類生產活動的大規模擴大，作為飲用水主要來源地的表水中硝酸根的濃度在不斷增加，并且有日益惡化的趨勢。飲用水和蔬菜等飲食中含有過量的硝酸鹽，會對人體產生很大的危害。雖然硝酸鹽本身對人體沒有危害，但硝酸鹽攝入人體后在還原性細菌的作用下部分被還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與人體血液作用，將血液中的血紅蛋白分子中的二價鐵氧化為三價鐵，形成高鐵血紅蛋白癥，從而使血液失去攜氧功能，使人缺氧中毒，輕者頭暈、心悸、嘔吐、口唇青紫，重者神志不清、呼吸急促、抽搐，搶救不及時可危及生命，尤其是三個月以下的嬰兒，由于其胃內酸度低于成年人，且體內可以將高鐵血紅蛋白轉換回血紅蛋白的酶含量較成年人低，更易患高鐵血紅蛋白癥。此外還發現，亞硝酸鹽在胃中能和氨氮結合形成亞硝胺和亞硝酰氨，它們都是高度致癌物質，也是能造成畸胎和引發誘變的物質。

鑒于硝酸鹽的危害，全世界的環境機構都為飲用水中硝酸鹽氮的含量限定了最高允許濃度。世界衛生組織國際飲水衛生標準和歐盟組織規定飲用水中硝酸鹽的最高允許濃度為10mg/L。美國的飲用水標準公共衛生部規定，飲用水中硝酸鹽的含量不允許超過10mg/L。我國地下水水質標準中飲用水標準規定硝酸鹽含量也是10mg/L(以N計)。

早在六十年代，我國北方一些地區，如遼寧、吉林、河北等省(尤其以地下水供水為主)的部分地區，曾經有過“地下肥水”問題的報道，所謂“地下肥水”就是硝酸鹽污染的地下水。80年代我國對全國118個大中城市2～7年的水質監測數據表明，有76個城市地下水受到嚴重污染，占64％；39個城市地下水受輕度污染，占33％；僅有3個城市地下水未受污染。目前，我國大約有3500萬人在飲用高硝酸鹽污染的水，主要分布在華北、西北、東北地區，且某些地區污染已經十分嚴重。因此消除水中硝酸鹽的污染是一項頗具挑戰性而又急迫的任務。

目前，除去水中硝酸根或亞硝酸根的方法主要有：離子交換法、反滲透法、電滲析法、生物脫氮法、化學還原法。

其中，離子交換、反滲透、電滲析屬于物理方法，其局限性是沒有把硝酸根或亞硝酸根徹底的除去，而是產生了大量的廢水，這些廢水仍然需要進一步的處理。生物脫氮法的缺點是周期長，容易產生大量的污泥廢棄物。化學還原法容易造成對水質的污染，引入雜質離子，而且還原劑不能重復利用。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術中的不足之處，提供一種Pd/Fe₃O₄催化劑用于除去水溶液中硝酸根或亞硝酸根的應用。Pd/Fe₃O₄催化劑在水溶液中可以催化還原硝酸根或亞硝酸根，Pd/Fe₃O₄催化劑活性高、容易分離，經過六次循環利用后仍然具有很好的催化作用。

本發明的技術方案為：

一種Pd/Fe₃O₄催化劑用于除去水溶液中硝酸根或亞硝酸根的應用，該應用是在含有硝酸根或亞硝酸根的水溶液中放入Pd/Fe₃O₄催化劑，用鹽酸和氫氧化鈉中的一種或兩種控制溶液初始pH為4～11，然后通入氫氣進行催化還原反應；其中，催化劑用量0.3～2g/L，溶液中硝酸根或亞硝酸根含量50～200ppm，反應時間0.3～3小時。

反應過程中可以不再控制溶液pH值，或用鹽酸和氫氧化鈉中的一種或兩種控制溶液pH恒為4～11中的任意值。

所述Pd/Fe₃O₄催化劑中Pd的質量含量為3～5％，每升溶液中氫氣用量為50～200ml。

上述催化還原過程的反應式為：

所述Pd/Fe₃O₄催化劑，首先采用沉淀法制備了PdO/Fe(OH)x的催化劑前驅體，然后對前驅體進行還原，得到了Pd/Fe₃O₄催化劑，具體步驟為：

1)將一定量的氯化鐵、氯化鈀溶于水中，待兩者溶解后在攪拌條件下滴加碳酸鈉的溶液，當pH升至9時停止滴加；繼續攪拌3小時，然后陳化3小時，最后離心、洗滌、干燥，得到催化劑前驅體PdO/Fe(OH)x。