[发明专利]一种钯基纳米线及其制备和还原水体中硝酸盐亚硝酸盐的应用

说明书

一种钯基纳米线及其制备和还原水体中硝酸盐亚硝酸盐的应用，它涉及一种还原水体硝酸盐的催化剂及其制备方法和应用。本发明是要解决现有的去除水中硝酸根的催化剂催化效果差、硝酸根去除率低的技术问题。本发明的钯基纳米线是以银为核、以AgPd为壳的纳米线，纳米线的表面修饰聚乙烯吡咯烷亚胺。制法：一、聚乙烯吡咯烷酮和1,3‑丁二醇回流处理；二、加入浓氨水回流处理；三、依次加入Na₂S、硝酸银和银钯前驱体水溶液，回流处理后洗涤，得到钯基纳米线。它可以利用催化甲酸产氢作为氢源还原水体硝酸盐和/或亚硝酸盐的催化剂。

技术领域

本发明涉及它涉及一种还原水体硝酸盐的催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

硝酸盐的污染已经变成一个严重的环境问题。来自工业废水、农业化肥和酸雨的硝酸根是氮的氧化物家族最稳定者，现有的硝酸盐的还原技术已经无法满足人类对污染水体硝酸根去除要求。据研究报道显示很多农业国家的地下水含有高浓度的硝酸根，并且该趋势有继续蔓延之势，过量的硝酸根会引起水体富营养化，少则人体吸收导致人体遭受蓝婴综合症和消化道癌等，这一警钟的敲响，激励科研工作者急需开发一类硝酸跟去除技术。

现有的饮用水中硝酸根的去除方法有生物方法、光催化还原、正渗透法、离子交换法和催化加氢还原法，其中的催化加氢还原法是一类将水体中硝酸根还原为无害氮气的方法，相比其它方法处理速度快、无二次污染，该方法以氢气为还原剂，通过具有高选择性和高活性的催化剂，将水中的硝酸盐还原为氮气，但是现有的硝酸盐催化加氢脱氮技术尚不成熟，脱除处理后硝酸根不彻底、不达标等问题，这与世界卫生组织(WHO)规定的应用水中硝酸根含量应该低于10mg/L的标准相差甚远,因此，为了人类的饮用水健康，迫切需要开发一类将水体硝酸根浓度去除至低于10mg/L的新技术。

发明内容

本发明是要解决现有的去除水中硝酸根的催化剂催化效果差、硝酸根去除率低的技术问题，而提供一种钯基纳米线及其制备和还原水体中硝酸盐亚硝酸盐的应用。

本发明的钯基纳米线是以银为核、以AgPd为壳的纳米线，纳米线的直径为4～6纳米；纳米线的表面修饰聚乙烯吡咯烷亚胺。

本发明的钯基纳米线可以作为催化剂在室温条件下完全分解甲酸和还原硝酸根或亚硝酸根的双功能催化剂，在水中具有良好的分散性，并且该催化剂可以反复使用。

上述的钯基纳米线的制备方法，按以下步骤进行：

一、将聚乙烯吡咯烷酮和1,3-丁二醇加入到两口烧瓶中，其中聚乙烯吡咯烷酮的物质的量与1,3-丁二醇的体积的比为1mmol：(8～9)mL，两口烧瓶的一个口连接回流管，在磁力搅拌条件下将两口烧瓶加热到170～175℃并保持回流10～15min；回流时两口烧瓶中没与回流管连接的开口为敞口设置，回流管的另一端为敞口设置；

二、向步骤一中的两口烧瓶中加入浓氨水，其中氨水与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1：(1～1.5)，用玻璃塞分别塞住两口烧瓶中没与回流管连接的开口和回流管的另一端，然后在磁力搅拌和温度为170～175℃的条件下回流2～3h，再去掉两口烧瓶上的玻璃塞，继续在磁力搅拌和温度为170～175℃的条件下回流0.5～1h，挥发掉体系的氨和水；

三、向两口烧瓶中加入Na₂S的乙二醇溶液，搅拌均匀后，再加入硝酸银水溶液，在磁力搅拌和温度为170～175℃的条件下回流0.5～1h，然后加入银钯前驱体水溶液，继续在磁力搅拌和温度为170～175℃的条件下回流2～3h，自然冷却至室温，将产物放置在离心机中，用丙酮和水的混合液以离心洗涤，得到钯基纳米线；

上述的钯基纳米线的应用策略是借助钯基纳米线催化甲酸产氢体系还原水体硝酸盐和/或亚硝酸盐。

具体的方法如下：将钯基纳米线加入到含有硝酸盐和/或亚硝酸盐的水中，再加入甲酸，在温度为25～50℃的条件下搅拌，完成水体中硝酸盐和/或亚硝酸盐去除。