[發明專利]一種用于消除地下水硝酸鹽的脫氮電極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710971940.9
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107902763B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 馮華軍;周夢嬌;沈東升;陳婷;周玉央;賈宇鋒;黃利杰;葛志鵬
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: C02F3/34
• 分類號: C02F3/34;H01M8/16;H01M4/88;H01M4/96;C02F103/06;C02F101/16
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 黃平英

本發明公開了一種用于消除地下水硝酸鹽的脫氮電極材料及其制備方法和應用，(1)將廢舊的橡膠機械破碎后過篩，依次經有機溶劑浸泡、清水清洗、烘干、煅燒得炭黑；(2)將所得炭黑和淀粉混合均勻，加入有機溶劑攪拌至混合物呈面團狀；(3)將所得混合物在硬性多孔材料基底上壓實，放置至完全干燥后在硬性多孔材料上打孔，然后進行微生物掛膜即得單片脫氮電極材料。將利用電化學方法沖電子后的若干片單片脫氮電極材料依次間隔排布于待處理的地下水流通區域內，相鄰單片脫氮電極材料的通孔交錯布置，且所有單片脫氮電極材料之間依次串聯連接，地下水依次經單片脫氮電極材料處理，脫除地下水中的硝酸鹽。

技術領域

本發明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種可以消除地下水硝酸鹽的材料制備方法。

背景技術

地下水是重要的飲用水資源之一，據統計，我國半數以上的城市以地下水為主要水源。隨著我國人口不斷增長，經濟迅猛發展，人類對地下水的需求也越來越大。但近幾十年來，隨著工業和農業的發展，許多地區的地下水都已受到不同程度的硝酸鹽污染。地下水中硝酸鹽濃度過高會威脅到人類的健康。硝酸鹽本身的毒害作用不大，但硝酸鹽攝入到人體后，在酸性條件下，合成亞硝胺，會引起高鐵血紅蛋白癥，嚴重的會導致缺氧死亡。亞硝胺還有強烈的致癌作用。我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)規定，飲用水中硝酸鹽濃度最高為10mg/L，但很多地區的地下水硝酸鹽氮濃度都超過了這一指標，地下水中硝酸鹽污染已成為一個相當重要的環境問題，地下水硝酸鹽的修復也成為研究熱點。

地下水修復方法包括物理法、化學法和生物法。物理法的原理是將水中硝酸鹽富集濃縮并轉移，不但沒有去除硝酸鹽，處理成本也很高，一般不采用。化學法是利用氧化還原反應進行處理，但反應過程中有副產物生成，且反應進程不易控制。相較而言，生物法的投資少，操作簡單，易于管理，工程上應用較多。但生物法也有缺陷，地下水中電子供體不足，導致處理效率降低，若投加電子供體又容易造成二次污染。

發明內容

本發明提供一種可以消除地下水硝酸鹽的材料制備方法，該材料使生物法處理地下水硝酸鹽的效率大大提高。

一種用于消除地下水硝酸鹽的脫氮電極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將廢舊的橡膠機械破碎后過篩，依次經有機溶劑浸泡、清水清洗、烘干、煅燒得炭黑；

(2)將所得炭黑和淀粉混合均勻，加入有機溶劑攪拌至混合物呈面團狀；

(3)將所得混合物在硬性多孔材料基底上壓實，放置至完全干燥后在硬性多孔材料上打孔，然后進行微生物掛膜即得單片脫氮電極材料。

打孔步驟中將不同的單片脫氮電極材料上的通孔交錯打孔，方便應用時的通孔交錯布置。優選地，打孔得到的通孔孔面積為80～120cm²。

本發明以廢舊橡膠為原料，經過破碎、過篩、清洗、煅燒后變成炭黑，再以淀粉為粘合劑，將粉末狀的炭黑做成面團狀，在硬質多孔材料上壓實，晾干，制成單片脫氮電極材料。在單片脫氮電極材料上打孔，然后置于反硝化細菌菌液中掛膜。掛好生物膜后，將單片脫氮電極材料用導線連接成整體。

本發明以廢舊橡膠為原料，變廢為寶，節約了成本，同時減少了廢舊橡膠對環境造成的影響。實驗證明，本發明對地下水硝酸鹽的處理效率高達92％，是傳統生物法處理地下水硝酸鹽效率的一倍以上，且處理后的水質達到我國《地下水環境質量標準》(GB/T14848-93)規定的II類水質要求以下。

所述廢舊橡膠包括橡膠輪胎、橡膠地磚等。

優選地，步驟(1)中過篩后的碎屑粒徑為50～500nm；所述有機溶劑為乙醇，有機溶劑中的浸泡時間為20～30分鐘；烘干溫度為60～100℃；煅燒在管式爐中進行，煅燒溫度為800～1200℃，煅燒時間為2～3個小時，煅燒時以純氮氣為保護氣。