[发明专利]一种Pd/NiAl金属氧化物膜电极及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种Pd/NiAl金属氧化物膜电极及其制备方法和用途。本发明的Pd/NiAl金属氧化物膜电极中，所述Pd的质量占所述Pd/NiAl金属氧化物膜电极质量的1％～10％。本发明的Pd/NiAl金属氧化物膜电极，主要通过原位水热反应将Ni、Al、Pd沉积到泡沫镍上，得到不同Pd沉积量的Pd/NiAl‑LMO膜电极材料。本发明将制备的Pd/NiAl‑LMO膜电极用作电容去离子电极，在作为正极充电过程中可以吸附水中酸根离子，作为阴极放电过程中，在Pd原子的催化作用下将酸根离子转化为无害产物，同时电极得到再生，在电容去离子过程中不产生酸盐浓水废液。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及一种Pd/NiAl金属氧化物膜电极及其制备方法和用途。

背景技术

近年来，水体硝酸盐污染事件受到了研究者的关注。饮用水中硝酸盐、溴酸盐和高氯酸盐等浓度过高会引起婴幼儿患高铁血红蛋白症，也有造成成年人患肠道癌症的风险。因此，探索高效环保的酸根离子处理方法成为拟解决的重要问题。

电容去离子技术以其节能、无二次污染、再生快的优势吸引了研究者的目光。从机理来看，在外加电场的作用下，电容去离子技术通过电吸附去除水中的盐离子，又通过放电过程将吸附的离子释放，从而实现电极再生。目前，已经有大量研究者利用电容去离子技术去除水中的硝酸盐，并取得了良好的成果。但是，电容去离子除盐技术只是相当于对盐离子进行了富集，最终将盐离子以浓盐水的形式释放，盐离子本身并没有被降解。对于酸根离子而言，浓盐水依旧需要后续处理才能将其转化为无害物质。

水滑石作为赝电容电容器，可以通过“记忆效应”实现对水中阴离子的吸附去除，因此被很多研究者用于电吸附除盐技术中。研究表明，水滑石作为吸附剂可以有效去除水中的酸根离子。但是，吸附后的酸根离子的后续处理依然是个问题。

曲久辉等人曾制备了不同Mg/Al比例的水滑石，并负载了Pd/Sn催化剂，将其用于硝酸盐的电吸附和电还原。电吸附过程结果显示，不同Mg/Al比例的水滑石影响材料对硝酸盐的吸附容量。在催化还原过程中，硝酸盐被有效转化成N₂去除。此研究表明了水滑石对于硝酸盐有一定的吸附作用，且Pd/Sn可以有效的催化降解硝酸盐，从而实现硝酸盐的无害化去除。此研究证明，通过水滑石加Pd实现对酸根离子的电吸附和电还原是可行的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种Pd/NiAl金属氧化物膜电极，其具有较大的比电容，且具有还原能力，将酸根离子吸附后还原为无害产物，实现了酸根离子的无害化处理。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种Pd/NiAl金属氧化物膜电极，所述Pd/NiAl金属氧化物膜电极中，所述Pd的质量占所述Pd/NiAl金属氧化物膜电极质量的1％～10％。

本发明将制备的Pd/NiAl-LMO膜电极用作工作电容去离子电极，进行了酸盐电吸附-电还原实验，在作为正极充电过程中可以吸附水中酸根离子，作为阴极放电过程中，在Pd原子的催化作用下将酸根离子转化为无害产物，同时电极得到再生，在电容去离子过程中不产生酸盐浓水废液。

本发明所述的酸根离子主要是可变价态的酸根离子，包括硝酸根离子、溴酸根离子和高氯酸根离子。将制备的Pd/NiAl-LMO膜电极用作工作电容去离子电极，进行酸盐电吸附-电还原实验，通过价态转化将水中有害的酸根离子转化为无害产物。

负载Pd原子的层状金属氧化物不仅能够高效吸附酸根离子，而且能够在Pd原子的催化作用下将酸根离子转化为无害产物。因此，以泡沫镍为基底，通过原位水热法制备不同Pd负载量的金属氧化物膜电极，即将Pd原子负载在Ni/Al层状金属氧化物上，并将其用于水中酸盐的去除，即可使酸盐在充电过程中被吸附，放电过程中被还原去除，从而实现了对酸盐的电吸附-电还原，最终将硝酸盐转化为无害的产物。