[发明专利]还原硝态氮为氨氮的方法

说明书

一种还原硝态氮的方法，将清洗过的泡沫铜片浸泡于含有氢氧化钠和过硫酸铵混合水溶液中，泡沫铜片表面原位生长Cu(OH)₂纳米线，再经水清洗后，将修饰了Cu(OH)₂纳米线的泡沫铜电极作为阴极、Pt作为对电极，置于含Pd²⁺的电解质溶液中，在碱性环境下外加偏电压‑1.0V进行电沉积反应，反应完成并用水清洗后得到Pd‑Cu(OH)₂纳米线修饰泡沫铜。本发明的阴极基底选用泡沫铜，导电性优良，电子传输迅速，且泡沫铜具有电容双电层特征，有利于阴极表面吸附带负电的硝态氮阴离子，解决了阴离子与阴极相斥的问题；泡沫铜上原位生成Cu(OH)₂纳米线，其比表面积大，能够吸附更多的硝态氮；在Cu(OH)₂纳米线表面电沉积Pd催化剂以快速催化NO₃^‑还原为NH₄⁺。上述原因共同加快了硝态氮还原NH₄⁺的过程，提升了反应的选择性。

技术领域

本发明涉及的是一种环境污染治理领域的技术，具体是一种用于含硝态氮废水的还原处理的还原硝态氮为氨氮的方法。

背景技术

硝态氮作为水中的主要含氮物质，对水生生态系统和人类健康有许多不利影响。为了处理硝态氮，目前已研究了多种方法，例如离子交换、微生物处理和电化学处理。离子交换会产生高浓度的再生液；微生物处理需要调控pH和温度，并受到C/N的严格限制。利用电化学将硝态氮还原为氮气脱氮的方法受到人们的广泛关注，Environ.Sci.Technol.2018,52,(3),1413-1420和中国发明专利文献号CN110078195A中均公开了基于光电催化生成氯氧自由基的氨氮废水降解系统及方法，其利用Pd-Cu修饰泡沫镍为阴极，将体系中的硝态氮还原为氮气(NO₃^-→N₂)而脱氮，但是这一还原反应速率慢，导致所需脱氮时间长；如此同时，尽管在Pd-Cu修饰泡沫镍阴极上也发生了由体系微量硝态氮直接在电极上还原为氨氮的副反应，但是该副反应速率仍然很慢；根据活性氯脱氮原理，阴极上一旦由副反应生成氨氮，氨氮就可以与体系的活性氯(Cl₂、HClO、Cl·、ClO·)快速反应，生成N₂而脱氮；但是现有的阴极材料Pd-Cu修饰泡沫镍阴极材料无法选择性地、快速地将硝态氮还原为氨氮，从而成为由硝态氮还原为氨氮，再由氨氮与活性氯(Cl₂、HClO、Cl·、ClO·)快速反应生成N₂步骤(NO₃^-→NH₄⁺→N₂)脱氮的限制步骤。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种还原硝态氮为氨氮的方法，能够选择性、快速、高效的将硝态氮还原为NH₄⁺，并广泛应用于含硝态氮废水的还原处理。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种还原硝态氮的方法，将清洗过的泡沫铜片浸泡于含有氢氧化钠和过硫酸铵混合水溶液中，泡沫铜片表面原位生长Cu(OH)₂纳米线，再经水清洗后，将修饰了Cu(OH)₂纳米线的泡沫铜电极作为阴极、Pt作为对电极，置于含Pd²⁺的电解质溶液中，在碱性环境下外加偏电压-1.0V进行电沉积反应，反应完成并用水清洗后得到Pd-Cu(OH)₂纳米线修饰泡沫铜，利用Pd-Cu(OH)₂纳米线修饰泡沫铜作为阴极能够加快硝态氮选择性还原为NH₄⁺。

所述的氢氧化钠的浓度为2～3mol/L。

所述的过硫酸铵的浓度为0.1～0.2mol/L。

所述的浸泡于含有氢氧化钠和过硫酸铵混合水溶液中的时间为3～5min。