[發明專利]一種基于載納米零價鐵導電復合樹脂為催化劑的陰陽兩極協同降解硝酸鹽的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810348539.4
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108423772B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 高冠道;劉振威;潘丙才;丁杰;蒲良桃;王炎峰;任志遠;喻安晴;董上上
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 江蘇瑞途律師事務所 32346
• 代理人: 蔣海軍

本發明屬于水處理技術領域，公開了一種利用陰陽兩極協同降解硝酸鹽的裝置及方法，所述裝置包括陽極、進水管、陰極、載納米零價鐵復合樹脂和出水管，陰極為中空筒體，所述的載納米零價鐵復合樹脂均勻填充至陰極的內部空間，陰極和載納米零價鐵復合樹脂組成樹脂柱；陽極插入至樹脂柱的內部空間。所述方法包括以下步驟：a）合成載納米零價鐵導電復合樹脂，將樹脂裝填至所述裝置中；b）將以氯鹽為電解質的硝酸鹽溶液由進水管泵入裝置中，將裝置接通電源，施加電壓進行處理，處理后出水由出水管導出。該方法以樹脂為載體，納米零價鐵為催化劑在陰陽兩級協同下將硝酸鹽轉化為氮氣排出，對環境污染治理具有重要價值。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，具體涉及一種基于載納米零價鐵導電復合樹脂為催化劑的陰陽兩極協同降解硝酸鹽的裝置及方法。

背景技術

氮是維持地球上大多數生命的重要元素，水中的氮存在狀態主要是離子態氮，各種形態的氮經過氮循環，最終分解、氧化產物變成硝酸鹽。水中氮的化合物溶解度較大，當水中含氮化合物存在外來補充時，水中的含量可以無阻礙的增加。隨著人口密度的擴大以及工農業的發展，排放越來越多的生活垃圾、城市污水、工業廢水以及化肥農藥的滲透，使得地下水的污染程度日益嚴重，硝酸鹽已成為世界范圍內地下水的主要污染物

受硝酸鹽污染的水體會威脅人體的健康，我國最新的飲用水水質標準規定硝酸鹽濃度不得超過10 mg/L。水中硝酸鹽濃度超標不僅造成水體富營養化，更嚴重危害人體健康，與之最密切的健康問題就是高鐵血紅蛋白癥。亞硝酸鹽和硝酸鹽與水中的胺或酞胺等反應能生成具有“三致”效應的亞硝胺或者亞硝酞胺，會誘發甲狀腺、食道、腸胃等腫瘤疾病。

發展起來的硝酸鹽的處理方法有很多，包括生物法、物化法和電催化等，都各有優劣。電催化法以其綠色環保、無二次污染、不需外加化學試劑、設備簡單、可控性好等優點在處理水體中硝酸鹽中極具前景。

經檢索，對于電催化法去除硝酸鹽，現有技術中已經公布了相關的申請案，如中國專利申請號CN200410098590.2，公開日期為2006.06.21的申請案公開了一種去除水中硝酸鹽的電極和使用該電極去除水中硝酸鹽的方法，其利用貴金屬如鈀、鉑、金、銠、釕中的一種和一種非貴金屬如銅、錫、銦、鋅、銀粒子改性活性炭纖維，制成可還原水中硝酸鹽的電極。利用該電極為陰極，石墨、氧化鉛等惰性導電材料為陽極，陰陽極之間以質子交換膜隔開，在通電的情況下，將硝酸鹽還原。該申請案的發明用于去除水中硝酸鹽的方法操作簡單、管理方便，適用于小規模及分散給水處理。

中國專利申請號CN201210004440.5, 公開日期為2013.07.10的申請案公開了一種零價金屬與碳的組合內電解催化還原水中硝酸鹽氮的方法，其利用零價金屬單質的還原性和其與活性碳等導電物質的內電解效應，加快電子在固液相界面的轉移，從而使硝酸鹽氮得以更為迅速的還原去除，同時由于內電解效應，零價金屬可延長使用壽命，反應效率得以提高。本發明是將顆粒狀或粉末狀的零價金屬和碳材料直接投加或混合后投加到含有硝酸鹽氮的水中，反應時可進行一定強度的攪拌，硝酸鹽可在金屬表面直接還原，也可在內電解過程中電極反應產生新生態氫[H]的作用下被還原降解。本發明的操作簡單，便于管理，二次污染少，反應時空效率高。然而該申請案的方法存在以下缺陷：1）其中的零價金屬作為還原劑被消耗，處理硝酸鹽時需要投入大量的零價金屬，成本較為昂貴；2）采用投加粉末的方式很容易就隨溶液流失，需要進一步處理。

中國專利申請號CN201310312657.7，公開日期為2015.02.11的申請案公開了一種利用零價鐵/氧化劑/沸石協同體系去除水中硝酸鹽的方法，所用零價鐵為普通鐵粉，氧化劑為水處理中常見氧化劑，沸石可為天然沸石或人工沸石。其體系中的氧化劑氧化剝離零價鐵表面形成的鈍化層，使內部零價鐵的電子可以連續傳遞到外部，從而使零價鐵保持高的還原活性將硝酸鹽還原為氨氮，再利用沸石對氨氮的高效選擇吸附去除水體中的氨氮。該方法環保、簡單易行、成本低廉，能夠高效的用于工業企業硝酸鹽廢水的處理及地下水中硝酸鹽的修復去除。