[发明专利]一种总氮去除剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种总氮去除剂及其制备方法和应用。该种总氮去除剂为多孔介质载体负载的Fe‑M双金属化合物，通过将七水合硫酸亚铁、金属盐溶液与多孔介质载体混合后，采用硼氢化钾还原制备该总氮去除剂。该催化剂对于水体中的硝态氮的去除率达到96.7%，总氮去除率也高达到90.2%，过程中使用的金属和药剂来源广泛，简单易得，属于环境友好型材料。

技术领域

本发明属于环境功能材料技术领域，具体涉及一种总氮去除剂及其制备方法和去除水中总氮的应用。

背景技术

近年来，人类工农业生产，如农田施肥、污水灌溉、产生大量含氮生活污水和工业废水，导致水体中总氮含量超标。一方面会导致水质恶化，典型的是地表水和地下水中硝酸盐含量的增加导致了水体富营养化现象。藻类突然的增加，进而发展为赤潮现象。另一方面会严重危害人类和动物的健康。硝酸盐本身是无毒无害的良性盐类，但它在人体消化系统中会被还原有毒的亚硝酸盐。亚硝酸盐可以与血液中的血红蛋白发生反应，形成高铁血红蛋白，从而阻止向身体组织输送氧气，通过剥夺人们的氧气而使人类中毒导致血红蛋白血症或“蓝色婴儿”综合症的发生。许多国家已将饮用水的标准限定为10 ppm，因此研究总氮的降解有着重要的意义。

目前的去除总氮方法主要还是使用传统的物理法、生物反硝化法、电催化还原法、催化还原法和化学还原法。尽管在脱氮效果中都取得了一定的效果，但都存在着不同程度的缺点限制。物理法较普遍的是采用离子交换法，尽管在中小城市已有较多的应用，但最大缺点就是选择性不高，且会产生浓缩盐水，应用区域也只局限在沿海城市。生物反硝化法是现如今处理脱氮最有效的方法，其高效的脱氮率以及低廉的价格广受各种大小型企业的青睐。然而，最大的弊端在于生物脱氮的不稳定性、需要不断地投加碳源增加额外的费用以及生化反应速率低和基建大等。电催化还原法有着装置简单容易操作，出水无二次污染无需后续处理，有着较大的安全可行性，并且部分也应用到了污水处理中。由于其电极材料的制备昂贵且易受到腐蚀，需不定时的更换，这也大大的限制了中小企业的应用。催化还原法是近些年来较为热门的方法，采用氢气为还原剂，用启动子（Cu、In、Sn）先将硝态氮转为亚硝态氮，在使用贵金属（Pt、Pd）将其还原为无害的N₂。但氢气的使用存在的威胁性以及贵金属的使用也大大的限制了实际过程中的大规模应用。化学法降低总氮是采用单质Fe、Al、Zn、Mg等活泼金属还原性物质与硝酸盐进行反应来降低总氮浓度，有着操作简便、易操作、无污染等特性，尤其是单质铁受到了研究者们的广泛关注。但也存在着在污水溶液易被氧化、去总氮效果差和反应活性低等缺点。

发明内容

针对上述不同脱氮方法带来的限制，去总氮效果差等不足，本发明提供一种总氮去除剂及其制备方法和去除水中总氮的应用，本发明的总氮去除剂只需在反应中投加适量以及适当调整pH，即可达到较高的总氮去除率，该方法经济环保，且能快速高效降低硝态氮和总氮，避免了上述采用不同脱氮方法所带来的操作复杂、反应过程速率缓慢、有二次污染，价格昂贵等问题，是一种有着广泛应用前景的方法。

所述的一种总氮去除剂，其特征在于为多孔介质载体负载的Fe-M双金属化合物，其结构式如式（I）所示：

其中，M为过渡金属；X为多孔介质材料。

所述的总氮去除剂，其特征在于过渡金属为Cu、Au、Ag、Pt、Ni或Ru；多孔介质材料为沸石粉、活性炭、氧化铝或炭基凹凸棒土。

所述的总氮去除剂的制备方法，其特征在于将七水合硫酸亚铁和M盐按比例溶于蒸馏水中，加入多孔介质材料，常温下搅拌12小时；在氮气保护下缓慢滴加入一定摩尔浓度的还原剂；滴加结束后再搅拌1h，过滤、洗涤、真空干燥，得到式（I）所示的总氮去除剂。

所述的总氮去除剂的制备方法，其特征在于七水合硫酸亚铁摩尔浓度为0.2-0.6mol/L，M盐摩尔浓度为0.1-0.3 mol/L，七水合硫酸亚铁与M盐的投料摩尔比1-2：1。