[发明专利]一种纳米零价铁联合离子交换树脂去除水中总氮的方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及水中总氮的去除方法，具体为纳米零价铁联合离子交换树脂去除水中总氮的方法。

背景技术

随着工业的快速发展，水体中的总氮污染越来越严重。总氮包括硝酸盐氮、氨氮和亚硝酸盐氮，其中硝酸盐会与蛋白质的分解产物胺类物质作用生成亚硝胺类化合物，增加人体患癌症的风险。如果进入胎盘会增加胎儿畸形的风险，例如婴幼儿会产生高铁血红蛋白症等危害。硝酸盐氮去除技术主要有物理法、生物法和化学法。其中生物法主要是利用微生物的硝化和反硝化作用将其转化为氮气得以去除。但是微生物培养周期长，工艺复杂，难以操作等因素。物理法包括膜分离法和离子交换法，处理效果一般而且成本高。相比之下化学法能够将水质中的硝态氮还原为氮气等其他物质从而净化水质的方法效果明显，操作简单，备受学者青睐。

在化学法中引起关注的是零价铁技术，由于铁粉、铁屑来源广泛，操作简便，应用相对比较多。如Seunghee Choe等采用零价铁去除硝酸盐的反应中发现在酸性条件下硝酸盐可被完全去除。Huang等和Zawaideh等采用铁粉去除硝酸盐的研究中也证实酸性条件下铁粉能将硝酸盐快速去除，还原产物中有80％为氨氮。还有一些研究学者采用铁屑做成渗透反应墙(PRB)成功实现了对地下水硝酸盐污染的原位修复。但是，由于其反应速率低，造成还原不完全、材料耗费大等问题。随着纳米技术的飞速发展，纳米零价铁以其比表面积大、反应活性高等特点，对水处理技术应用具有很大的潜在应用价值。

采用纳米零价铁虽然可以取得去除硝酸盐很好的效果，但是，根据液相还原法制备纳米零价铁所用的药剂多为FeCl₃和FeSO₄·7H₂O，在一定程度上造成了纳米零价铁的制备成本偏高，限制了其工业化应用。Hwang等人利用纯化学试剂的液相还原法制备纳米零价铁去除硝酸盐研究表明严格厌氧条件下硝酸盐能够在1.5h内快速降解完全，主要产物为氨氮，少量亚硝酸盐和N₂，该结论也被其他一些学者证实。但反应生成的亚硝酸盐和氨氮又会对水体形成二次污染，因此，需要寻找一种能够降低水中总氮含量的方法。

因此，一种成本低，效果好，无污染的去处水体中总氮的方法需要被发明。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种新制备方法制备的纳米零价铁联合离子交换树脂去除水中总氮的方法及应用。以钢铁行业酸洗废液为原料制备纳米零价铁，降低NZVI的制备成本，并将其应用于水中硝酸盐的去除。联合离子交换树脂对S-NZVI降解硝酸盐产生的二次污染进行吸附去除，降低总氮含量，以达到对硝酸盐污染饮用水中氮源污染的有效去除。

本发明所采取的技术方案是：

一种纳米零价铁联合离子交换树脂去除水中总氮的方法，包括以下步骤：

1)钢铁酸洗废液制备纳米零价铁(材料S-NZVI)，取一定体积的废酸溶液，加入到无水乙醇与去氧水的混合溶液中，磁力搅拌一段时间，加入一定量的还原剂，并在反应过程中通入氮气，反应后将黑色沉淀分离、清洗、干燥，得到材料S-NZVI；

2)将一定质量的材料S-NZVI投加到含氮溶液中，振荡反应一段时间，降解含氮溶液中的硝酸盐成分，利用磁分离及过滤的方法得到上清液A；

3)在上清液A中加入一定量的W型阳离子交换树脂，振荡反应，过滤得到上清液B。

优选的，所述无水乙醇和去氧水的体积比为(2～4)：(8～6)，优选为3：7。

优选的，所述步骤1)中的所述的废酸含铁量为90～120g/L。

优选的，所述步骤1)中的所述的废酸溶液与无水乙醇与去氧水的混合溶液的体积比为1：(10～20)，优选为1：20。

优选的，所述步骤1)中的还原剂为异丙醇、硼氢化钠、二异丁基氢化铝中的一种；优选为硼氢化钠。

优选的，所述步骤1)中将黑色沉淀分离、清洗、干燥的具体操作步骤为：将反应后的溶液放在磁板上沉淀，用水和乙醇先后各洗三次，放入真空干燥箱中通氮气，温度80℃，干燥8小时后冷却后打开，并研磨成粉，放入真空袋以备用。

优选的，所述还原剂优选为硼氢化钠，质量为1～2g。

优选的，所述步骤2)中材料S-NZVI的投加量为0.5～3g/L，优选为2.8g/L。

优选的，所述步骤2)中的振荡反应的时间为2～6h，优选为4h。

优选的，所述步骤3)中材料S-NZVI的投加量为5～10g/L，优选为8g/L；W型阳离子交换树脂为2～6g/L。其中W型阳离子交换树脂为强酸性阳离子交换树脂。