[发明专利]一种去除水体硝酸盐的双金属催化剂Pd@Cu-BTC的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种去除水体硝酸盐的双金属催化剂Pd@Cu‑BTC的制备方法及其应用。其制备方法包括如下步骤：（1）将Cu‑BTC进行活化；（2）将步骤（1）中已活化的Cu‑BTC置于正己烷中以形成均匀分散体系；（3）将氯钯酸溶液逐滴滴加于步骤（2）的体系中，搅拌、过滤、干燥；（4）将步骤（3）得到的材料置于管式炉中焙烧，用H₂还原，真空干燥后得到Pd@Cu‑BTC催化剂。将该催化剂制成电极，通过电化学方式将硝酸盐催化还原。本发明的催化剂活性高、稳定性好、对氮气选择性高、处理效率高、不会产生二次污染，是用于去除水中硝酸盐的简单、便捷的方法。

技术领域

本发明涉及一种去除水体硝酸盐的双金属催化剂Pd@Cu-BTC的制备方法及其应用，具体地说，是涉及用于去除含硝酸盐废水的双金属催化剂，属于水处理技术的应用领域。

背景技术

氮是引起水体富营养化的元素之一。近年来，随着工农业的发展，人口的增长，经济水平的提高，含氮肥料的过量使用，水体中硝酸盐的含量日益增多。使得我国很多地区水源水中氮元素含量超标。饮用高含量的硝酸盐水会危害人体健康。这主要是由于硝酸盐在人体中会被转化为亚硝酸盐，可诱导高铁血红蛋白血症，严重者会由于缺氧致死。同时，亚硝酸盐还是致癌、致畸、致突变的前驱物。

处理硝酸盐最好的方式是将其转化为氮气。目前，去除水体中硝酸盐的主要方法包括：物理法、化学法和生物法。物理法对硝酸盐不具有选择性，只是对污染物进行了转移或浓缩，并没有真正的将其分解。生物法虽然可以通过微生物的反硝化作用将硝酸盐转化为氮气，但是该方法抗冲击负荷能力差，微生物的驯化周期长，而且过程中会产生污泥，如果反硝化不彻底，还会产生一氧化二氮、一氧化氮等副产物。化学法主要是催化还原法，该方法会产生金属阳离子、金属氧化物等反应产物造成二次污染，对后续处理要求高。相比之下，电化学还原法利用电子为还原剂，直接或间接地进行物质转换，是一种比较高效、环保的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高选择性、高稳定性、高反应活性的去除水体硝酸盐的双金属催化剂Pd@Cu-BTC的制备方法及其应用，结合电化学还原法的优点，高效的去除水体中的硝酸盐。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

将Pd@Cu-BTC催化剂涂布于镍网上制成电极，利用电化学法催化还原硝酸盐氮为氮气，从而去除水体中的硝酸盐。

本发明提出的一种去除水体硝酸盐的Pd@Cu-BTC双金属催化剂的制备方法，包含如下步骤：

（1）将Cu-BTC进行活化；

（2）将步骤（1）中已活化的Cu-BTC置于正己烷中以形成均匀分散体系，其中：Cu-BTC既作为双金属催化剂的载体，又作为铜源；

（3）将氯钯酸溶液逐滴滴加于步骤（2）的体系中，搅拌、浸渍、过滤、干燥；

（4）将步骤（3）所得的材料置于管式炉中焙烧，用H₂还原，真空干燥后得到Pd@Cu-BTC催化剂。

本发明中，步骤（１）中采用120℃真空干燥12 h的方法对Cu-BTC进行活化。

本发明中，所述的步骤（3）中的氯钯酸溶液是将PdCl₂溶解于HCl中，浓度为60-70g/L；搅拌浸渍时间为8-10 h。

本发明中，所述的步骤（4）中的还原温度为150℃-200℃，还原时间为3h，氢气流速为50mL/min。

本发明中，所述的Pd@Cu-BTC催化剂属于高活性、高选择性的催化剂。其活性组分分散较均匀，催化能力强。

本发明提出的一种上述Pd@Cu-BTC催化剂处理含硝酸盐水的用途，包括以下步骤：