[发明专利]一种利用电催化析氢和催化加氢作用高效去除水体中硝酸盐的新型脱氮系统及其应用

说明书

本发明公开了一种利用电催化析氢和催化加氢作用高效去除水体中硝酸盐的新型脱氮系统及其应用，属于水处理技术领域。本发明脱氮系统包括电解槽和插入至电解槽中的三电极系统，电解槽内盛放有电解液，电解液中分散悬浮有脱氮催化剂，三电极系统包括工作电极、对电极和参比电极，对电极采用Pt片，工作电极采用催化剂Ni₃S₂‑NF，催化剂Ni₃S₂‑NF的制备步骤为：首先裁剪一定尺寸的镍网并清洗干净；然后将清洗干净的镍网加入到硫脲溶液中后于水热条件下静置反应，再经洗涤和干燥即可得催化剂Ni₃S₂‑NF。本发明兼具电催化析氢和催化加氢作用，不仅可以解决氢气的储存和运输安全隐患，而且可以实现水体中硝酸盐的高效去除。

技术领域

本发明涉及一种去除水体中硝酸盐的脱氮系统及其应用，具体涉及一种利用电催化析氢和催化加氢作用高效去除水体中硝酸盐的新型脱氮系统及其应用，属于水处理技术领域。

背景技术

硝酸盐是水体中一种常见的污染物。造成水体中硝酸盐含量超标的因素主要包括农业中含氮肥料的大量使用，动物粪便，固体废弃物的淋溶渗漏，生活污水和含氮工业废水的随意排放，工业废气、汽车尾气等氮氧化物的大气沉降等。江、河、湖泊中硝酸盐含量超标，会造成水体富营养化；饮用水中如果硝酸盐含量超标，会危害人体健康，如蓝婴儿症、高铁血红蛋白综合征等都由此造成；而且，长期饮用高硝酸盐含量的水，容易使人患癌症。

目前去除水体中硝酸盐的技术主要包括物理法，如离子交换，反渗透和电渗析，生物法，化学法。物理法并没有将硝酸盐真正的去除或者转化为无害物质，只是将硝酸盐从水相转到吸附剂上，因此并没有真正解决硝酸盐的污染问题。生物法要求严格控制pH，溶解氧或者碳源。化学法包括活性金属还原、电化学还原和催化加氢还原，其中的活性金属还原要求严格的控制pH以防止活性金属钝化，而且产物中亚硝酸盐和氨氮占据主要部分；电化学还原由于没有生物风险和氢气的运输和储存问题近年来受到广泛关注，然而其产物大部分为氨氮，并且其脱氮速率相当低；催化加氢还原脱氮速率很高，对氮气的选择性也较高，但是存在还原剂氢气的运输和储存安全隐患，其工业化应用一直受到限制。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种利用电催化析氢和催化加氢作用高效去除水体中硝酸盐的新型脱氮系统及其应用，该脱氮系统兼具电催化析氢和催化加氢作用，不仅可以解决氢气的储存和运输安全隐患，而且可以实现水体中硝酸盐的高效去除。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种利用电催化析氢和催化加氢作用高效去除水体中硝酸盐的新型脱氮系统，包括电解槽和插入至电解槽中的三电极系统，所述电解槽内盛放有电解液，所述电解液中分散悬浮有脱氮催化剂，所述三电极系统包括工作电极、对电极和参比电极，所述对电极采用Pt片，所述工作电极采用催化剂Ni₃S₂-NF，所述催化剂Ni₃S₂-NF的制备步骤如下：

(1)裁剪镍网并清洗干净；

(2)将步骤(1)中清洗干净的镍网加入到硫脲溶液中后于水热条件下静置；

(3)将步骤(2)所得材料洗涤并干燥。

优选地，所述脱氮催化剂为负载有金属钯和铜的活性炭PdCu-AC，所述 PdCu-AC的制备步骤如下：

(1)将活性炭加入至硝酸中，水浴加热、过滤、干燥得到预处理后的活性炭AC；

(2)将预处理后的AC、氯化钯PdCl₂、硝酸铜加入到乙醇中搅拌均匀；

(3)将步骤(2)得到的混合液室温下搅拌至乙醇挥干，干燥；

(4)将步骤(3)得到的粉末在管式炉中焙烧即得催化剂PdCu-AC。