[發明專利]一種催化還原水中硝酸根的納米鈀銀合金催化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201610442802.7
• 申請日: 2016-06-20
• 公開（公告）號: CN107519868B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 李琦;楊煒沂;丁亞軍;孫武珠
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B01J23/50
• 分類號: B01J23/50;B82Y30/00;C02F1/70
• 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

本發明公開了一種催化還原水中硝酸根的納米鈀銀合金催化材料及其制備方法和應用，屬于環境保護技術和納米材料制備技術領域。采用表面改性結合順序連續還原的技術手段，將銀元素成功引入到鈀納米顆粒中，實現了尺寸在2?5nm的鈀銀合金納米顆粒在氨基改性氧化硅載體上的均勻負載。在甲酸作為還原劑的條件下，鈀銀合金納米催化材料能夠很好地分解甲酸產生原位氫源和緩沖劑二氧化碳，進而提高了催化還原硝酸根的反應速率和選擇性，從而解決常用的氫氣還原過程中氫氣泄露、對反應設備要求高等問題，特別是傳統單元催化材料選擇性差的難題。

技術領域

本發明屬于環境保護和納米材料制備技術領域，具體涉及一種催化還原水中硝酸根的納米鈀銀合金催化材料及其制備方法和應用。

背景技術

由于工農業的迅猛發展，地下以及地表水受到了嚴重的污染，尤其是化工企業的超標排放以及農業過度施肥，導致水中的硝酸鹽含量急劇上升。飲用水中的高濃度的硝酸鹽對人體健康造成嚴重危害。硝酸鹽在人體內經硝酸鹽還原菌轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽會與血液中起傳送氧氣功能的血紅蛋白反應形成高鐵血紅蛋白,從而影響血液中氧的傳輸能力。在成年人的血液中，酶可以將高鐵血紅蛋白再轉換回血紅蛋白，使得高鐵血紅蛋白的含量不超過1％。新生兒體內這種酶含量較低，因此他們的高鐵血紅蛋白的含量通常在1％到2％。任何高于該含量的血液病均被稱為是高鐵血紅蛋白癥，在含量較高時，通常會有紫組出現，在這種情況下，嬰兒會出現粘膜變藍以及消化和呼吸系統疾病l川。而且嬰兒胃內酸度低于成年人，有利于硝酸鹽還原菌的發展，所以嬰兒對硝酸鹽的潛在毒性比少年兒童和成年人更為敏感，尤其是六個月以下的嬰兒。當飲用水中硝酸鹽含量達到90-140毫克/升時，就能導致嬰兒高鐵血紅蛋白癥，俗稱藍嬰病，當血液中高鐵血紅素的含量達到70％時，即導致窒息而死。水體中的亞硝酸鹽有致癌作用，水體中硝酸鹽含量過高，同樣會誘發魚類等水生動物發生病變、水體富營養化，從而影響生態系統的平衡。因此，世界各國對飲用水中硝酸鹽的濃度做了嚴格的限制：歐盟對飲用水中的硝酸根的濃度限制在50毫克/升，世界衛生組織對飲用水的硝酸根的濃度標準為25毫克/升，我國對飲用水中的硝酸根最高濃度限制在了10毫克/升(以氮計，折合硝酸根濃度為44.3毫克/升)。

為了降低飲用水中的硝酸根的濃度，保障飲用水的安全性、可靠性，處理水中硝酸鹽的方法得到了很大的發展，目前的去除水中硝酸鹽的方法可以分為三大類：物理法、化學法和生物法。物理法包括離子交換法、反滲透法、電滲析法等，化學法包括普通化學還原和催化還原等，生物法主要是利用消耗氮的一些細菌來去除水中硝酸鹽。雖然物理法在工業上得以廣泛應用，但是硝酸根并沒有被消除，只是收集起來，仍然需要后處理過程。生物法的處理效率十分低，很難廣泛應用。

催化還原作為一種新型的水處理方法，已經被廣泛用于水質凈化的研究，催化還原去除硝酸根具有效率高，生成無毒的氮氣直接釋放出來，對環境沒有二次污染，不會產生廢水，是一種比較有前途的水處理技術。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種催化還原水中硝酸根的納米鈀銀合金催化材料及其制備方法和應用。

本發明的技術方案是：

一種催化還原水中硝酸根的納米鈀銀合金催化材料，該催化材料是由貴金屬鈀、銀和氨基改性的氧化硅組成；其中：鈀和銀是以鈀銀合金形式存在，所述鈀銀合金的顆粒尺寸為2-5nm，所述鈀銀合金均勻負載于氨基改性的氧化硅載體上。

該催化材料中，鈀的重量百分含量為0.1-1.5％，銀的重量百分含量為0.1-3％。

所述的催化還原水中硝酸根的納米鈀銀合金催化材料按照如下步驟進行制備：

(1)氨基改性的氧化硅載體的制備：將10克氧化硅放在300-500毫升的無水乙醇里攪拌0.5小時，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攪拌24小時，然后在40℃真空條件下干燥8-12小時，獲得所述氨基改性的氧化硅載體；