[发明专利]一种螯合树脂负载铜-铁双金属纳米材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种螯合树脂负载铜‑铁双金属纳米材料的制备方法，涉及还原硝酸盐纳米复合材料制备领域，包括步骤1、制备吸附Cu²⁺的螯合树脂；步骤2、制备Fe‑Cu/D407双金属纳米材料；步骤3、洗涤、干燥步骤2所得最终产物。本发明的优势在于：(1)本发明方法制备的的纳米材料是首次将Cu²⁺固定吸附在螯合树脂上，然后通过一步液相还原法制备双金属催化剂；(2)本发明方法制备的Fe‑Cu/D407双金属纳米材料当Cu∶Fe＝1∶2时，对NO₃^‑的去除率高达99％以上，对N₂的选择性高达89.7％，具有极其高效的还原硝酸盐的性能和高选择性还原成氮气的性能。

技术领域

本发明涉及还原硝酸盐纳米复合材料制备领域，尤其涉及一种螯合树脂负载铜-铁双金属纳米材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着工农业的发展，水体中硝酸盐含量不断增加，并且有继续恶化的趋势。饮用水中过量的NO₃^-是一种潜在的有害物质，因为它可能会对人类健康造成不良影响。硝酸盐进入人体后容易与血红蛋白反应形成高铁血红蛋白，影响血液对氧的传输能力。此外，亚硝酸盐在胃中能形成高度致癌的亚硝胺和亚硝酰氨，并引发诱变。随着水资源日益紧张，再加上我国不少地区硝酸盐的污染问题已相当严重，消除水中硝酸盐的污染刻不容缓。因此，世界卫生组织(WH0)已将饮用水中的NO₃^--N、NO₂^--N和NH₄⁺-N分别定为10mgL^-1、0.03mgL^-1和0.4mgL^-1。现已开发出多种技术来处理污染NO₃^-的水。理想的是NO₃^-应选择性地还原为N₂而不是进一步还原为NH₄⁺。生物脱氮、催化加氢和光催化还原是选择性地将硝酸盐还原为无毒N₂的有效技术。生物脱氮即生物反硝化是通过逐步生成N₂来去除硝酸盐的有效方法，但该工艺对溶解氧、温度和溶解有机物等处理条件的变化比较敏感，且生物法脱除硝酸盐的过程较慢，处理不完全时会释放NO₂^-、NO_X和N₂O，同时产生大量的生物污泥需后续处理。催化加氢还原法，即用贵金属催化剂来催化还原硝酸盐。目前这种方法多采用氢气作为还原剂，并将金属催化剂负载在一定的载体上，可以减少有害还原产物氨氮和亚硝酸盐氮的产生，将硝酸盐还原为无害的氮气且具有很高的N₂选择性，但这种技术需要氢气作为还原剂或电子供体，在加压氢气的运输和使用过程中有潜在的安全问题产生，同时贵金属作为催化剂的使用限制了它在大范围内的应用。光催化还原工艺可以利用太阳能脱除硝酸盐，但氨的形成是一种不良的最终产物。

近年来，化学还原被认为是一种非常有效的降解硝酸盐的方法，其中硝酸盐可以转化为亚硝酸盐、氨氮和氮气，尤其是以纳米零价铁 (nZVI)为基础的化学方法，由于其优良的给电子能力、广泛的铁来源、低廉的价格和友好的环境，被广泛地用于有效地转化水中多种污染物，包括各种关于硝酸盐的还原。许多研究表明，nZVI可被认为是一种非贵金属催化剂，用于硝酸盐的化学还原。然而，nZVI也显示出分散差、在操作条件下易失活的明显缺点，导致反应活性迅速丧失、稳定性低和加工成本高。因此，目前研究报道了几种策略来提高硝酸还原成N₂的效率。例如，Fe、Pd和Cu形成Fe⁰/(Fe/Cu)、 Cu-nFe⁰/Clinoptilolite和(Pd-Cu)-nFe⁰等双金属或三金属催化材料，它们在硝酸盐选择性催化加氢制N₂方面表现出很好的效果。然而，它们的缺点是使用氢气且反应速度极慢。