[发明专利]一种基于载纳米零价铁导电复合树脂为催化剂的阴阳两极协同降解硝酸盐的装置及方法

说明书

本发明属于水处理技术领域，公开了一种利用阴阳两极协同降解硝酸盐的装置及方法，所述装置包括阳极、进水管、阴极、载纳米零价铁复合树脂和出水管，阴极为中空筒体，所述的载纳米零价铁复合树脂均匀填充至阴极的内部空间，阴极和载纳米零价铁复合树脂组成树脂柱；阳极插入至树脂柱的内部空间。所述方法包括以下步骤：a）合成载纳米零价铁导电复合树脂，将树脂装填至所述装置中；b）将以氯盐为电解质的硝酸盐溶液由进水管泵入装置中，将装置接通电源，施加电压进行处理，处理后出水由出水管导出。该方法以树脂为载体，纳米零价铁为催化剂在阴阳两级协同下将硝酸盐转化为氮气排出，对环境污染治理具有重要价值。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于载纳米零价铁导电复合树脂为催化剂的阴阳两极协同降解硝酸盐的装置及方法。

背景技术

氮是维持地球上大多数生命的重要元素，水中的氮存在状态主要是离子态氮，各种形态的氮经过氮循环，最终分解、氧化产物变成硝酸盐。水中氮的化合物溶解度较大，当水中含氮化合物存在外来补充时，水中的含量可以无阻碍的增加。随着人口密度的扩大以及工农业的发展，排放越来越多的生活垃圾、城市污水、工业废水以及化肥农药的渗透，使得地下水的污染程度日益严重，硝酸盐已成为世界范围内地下水的主要污染物

受硝酸盐污染的水体会威胁人体的健康，我国最新的饮用水水质标准规定硝酸盐浓度不得超过10 mg/L。水中硝酸盐浓度超标不仅造成水体富营养化，更严重危害人体健康，与之最密切的健康问题就是高铁血红蛋白症。亚硝酸盐和硝酸盐与水中的胺或酞胺等反应能生成具有“三致”效应的亚硝胺或者亚硝酞胺，会诱发甲状腺、食道、肠胃等肿瘤疾病。

发展起来的硝酸盐的处理方法有很多，包括生物法、物化法和电催化等，都各有优劣。电催化法以其绿色环保、无二次污染、不需外加化学试剂、设备简单、可控性好等优点在处理水体中硝酸盐中极具前景。

经检索，对于电催化法去除硝酸盐，现有技术中已经公布了相关的申请案，如中国专利申请号CN200410098590.2，公开日期为2006.06.21的申请案公开了一种去除水中硝酸盐的电极和使用该电极去除水中硝酸盐的方法，其利用贵金属如钯、铂、金、铑、钌中的一种和一种非贵金属如铜、锡、铟、锌、银粒子改性活性炭纤维，制成可还原水中硝酸盐的电极。利用该电极为阴极，石墨、氧化铅等惰性导电材料为阳极，阴阳极之间以质子交换膜隔开，在通电的情况下，将硝酸盐还原。该申请案的发明用于去除水中硝酸盐的方法操作简单、管理方便，适用于小规模及分散给水处理。

中国专利申请号CN201210004440.5, 公开日期为2013.07.10的申请案公开了一种零价金属与碳的组合内电解催化还原水中硝酸盐氮的方法，其利用零价金属单质的还原性和其与活性碳等导电物质的内电解效应，加快电子在固液相界面的转移，从而使硝酸盐氮得以更为迅速的还原去除，同时由于内电解效应，零价金属可延长使用寿命，反应效率得以提高。本发明是将颗粒状或粉末状的零价金属和碳材料直接投加或混合后投加到含有硝酸盐氮的水中，反应时可进行一定强度的搅拌，硝酸盐可在金属表面直接还原，也可在内电解过程中电极反应产生新生态氢[H]的作用下被还原降解。本发明的操作简单，便于管理，二次污染少，反应时空效率高。然而该申请案的方法存在以下缺陷：1）其中的零价金属作为还原剂被消耗，处理硝酸盐时需要投入大量的零价金属，成本较为昂贵；2）采用投加粉末的方式很容易就随溶液流失，需要进一步处理。

中国专利申请号CN201310312657.7，公开日期为2015.02.11的申请案公开了一种利用零价铁/氧化剂/沸石协同体系去除水中硝酸盐的方法，所用零价铁为普通铁粉，氧化剂为水处理中常见氧化剂，沸石可为天然沸石或人工沸石。其体系中的氧化剂氧化剥离零价铁表面形成的钝化层，使内部零价铁的电子可以连续传递到外部，从而使零价铁保持高的还原活性将硝酸盐还原为氨氮，再利用沸石对氨氮的高效选择吸附去除水体中的氨氮。该方法环保、简单易行、成本低廉，能够高效的用于工业企业硝酸盐废水的处理及地下水中硝酸盐的修复去除。