專利名稱：去除水中硝酸鹽的電極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除水中硝酸鹽的電極及其制備方法，具體是一種金屬改性的銅電極，在通電的情況下將水中的硝酸鹽還原，屬于水處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于農(nóng)業(yè)化肥的廣泛使用以及城市污水和工業(yè)廢水的大量排放等原因，導(dǎo)致全球性的地下水硝酸鹽氮污染，并呈日益惡化的趨勢(shì)。如美國(guó)許多地區(qū)水中硝酸鹽平均每年增長(zhǎng)0.8mg/L，德國(guó)有50％的農(nóng)用井水硝酸鹽的濃度已經(jīng)超過60mg/L。我國(guó)的情況也不容樂觀。目前，我國(guó)大多數(shù)地區(qū)作為飲用水源的地下水已不同程度地受到硝酸鹽污染，并且有逐年加重的趨勢(shì)，個(gè)別地區(qū)其濃度已超過100mg-N/L。
攝入過多的硝酸鹽對(duì)人體健康有很多危害，可引起高鐵血紅蛋白癥，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致缺氧死亡。而在硝酸鹽轉(zhuǎn)化過程中形成的亞硝酸胺等也具有致癌、致畸和致突變等作用。因此凈化飲用水中的硝酸鹽氮污染成為十分重要的環(huán)境問題。
目前去除水中硝酸鹽的方法主要有物理法、生物反硝化法和化學(xué)還原法。物理法去除地下水中的硝酸鹽所需費(fèi)用過高，不具有選擇性，且只是發(fā)生了硝酸鹽污染物的轉(zhuǎn)移或濃縮，實(shí)際上并沒有對(duì)其進(jìn)行徹底地去除，所以在應(yīng)用上受到一定的限制；生物脫氮法雖然可以將硝酸鹽徹底還原成氮?dú)?，但仍存在一些難以克服的缺點(diǎn)，如抗沖擊負(fù)荷能力低，存在二次污染，工藝復(fù)雜，不適合小規(guī)模及分散給水處理等?；瘜W(xué)還原法包括金屬單質(zhì)還原法、氫催化還原法和電化學(xué)還原法。金屬單質(zhì)還原法是以鐵、鋁、鋅等金屬單質(zhì)為還原劑將硝酸鹽還原為氮?dú)猓浞磻?yīng)條件難以控制，易產(chǎn)生副產(chǎn)物導(dǎo)致二次污染。氫催化還原法是以氫氣為還原劑，在催化劑的作用下將硝酸鹽進(jìn)行還原，其反應(yīng)速度快，可以避免對(duì)水的二次污染。但氫氣在水中的溶解度低，且易燃易爆，運(yùn)輸困難，在應(yīng)用時(shí)有諸多不便。電化學(xué)還原法是近年來才發(fā)展出來的一種脫硝方法，其以電子為還原劑，無須投加任何藥劑，可以避免對(duì)出水產(chǎn)生二次污染，并且工藝簡(jiǎn)單，易于操作，目前仍處于理論研究階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種造價(jià)低、高活性、用以去除水中硝酸鹽的電極及制備方法。
本發(fā)明所說的電極是利用電鍍的方法將如鈀、鉑、金、銠、釕的貴金屬中的一種(A)和錫分別沉積在銅板上，制得的表面改性的銅電極。
一種制備去除水中硝酸鹽的電極方法，它是先將貴金屬(A)的相應(yīng)可溶性前驅(qū)化合物溶解在鹽酸溶液中，然后將其緩慢地滴加到氯化銨溶液中，并強(qiáng)力攪拌，制備成該種貴金屬的銨絡(luò)合物，以此絡(luò)合物為電鍍液，在銅板上電沉積貴金屬(A)；然后將貴金屬(A)改性的銅電極作為陰極，置于氯化亞錫的鹽酸溶液中電沉積Sn，蒸餾水清洗后即得去除水中硝酸鹽的電極。
所述的電沉積貴金屬(A)的電鍍液組成貴金屬(A)含量0.5-10mmol/L，NH4Cl0.01-1mol/L，pH＝0.3-2；電沉積錫的電鍍液組成SnCl20.025mmol/L，鹽酸0.1mol/L；所述的電沉積貴金屬(A)的制備方法(1)恒流電沉積電流密度4mA/cm2，沉積時(shí)間5-60min；(2)恒壓電沉積沉積電位-0.1V-0.9V，沉積時(shí)間0.5-60min。在貴金屬(A)改性的銅電極上電沉積錫的制備方法恒壓電沉積沉積電位-0.1V--0.8V，沉積時(shí)間1-20min。
本發(fā)明可用于去除地下水或地表水中的硝酸鹽污染物，對(duì)電催化還原硝酸鹽具有很高的活性。
本發(fā)明的突出優(yōu)點(diǎn)是電極活性高，電極制備方法簡(jiǎn)單、成本低。
實(shí)施例例1首先將銅板用砂紙打磨、丙酮超聲清洗、磷酸清洗后備用。
將0.08866g氯化鈀溶于適量鹽酸溶液中，然后將其緩慢地滴加到氯化銨溶液中，并強(qiáng)力攪拌，定容至500mL，使其中Pd含量為1mmol/L，NH4Cl為0.01mol/L，利用稀鹽酸或者氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH為1，此溶液即為沉積貴金屬Pd的電鍍液。以清洗后的銅板為陰極，鉑片為陽(yáng)極，在此溶液中恒流電沉積Pd。電流密度4mA/cm2，沉積時(shí)間20min，隨后利用蒸餾水清洗即得Pd改性的銅電極。然后將此電極作為陰極，鉑片為陽(yáng)極，在0.025mmol/L SnCl2+0.1mol/L鹽酸溶液中恒壓電沉積Sn，沉積電位-0.8V，沉積時(shí)間5min，蒸餾水清洗后即得去除水中硝酸鹽的電極。
采用此電極作為陰極還原水中的硝酸鹽，硝酸根初始濃度為100mg/L，初始pH為7.6，反應(yīng)進(jìn)行120min后，硝酸根去除率可達(dá)90％以上。
例2銅板預(yù)處理和電極制備方法如例1，所不同的是恒壓電沉積Pd，沉積電位-0.3V，沉積時(shí)間35min。隨后利用蒸餾水清洗即得Pd改性的銅電極。然后將此電極作為陰極，鉑片為陽(yáng)極，在0.025mmol/LSnCl2+0.1mol/L鹽酸溶液中恒壓電沉積Sn，沉積電位-0.8V，沉積時(shí)間1min，蒸餾水清洗后即得去除水中硝酸鹽的電極。
采用此電極作為陰極還原水中的硝酸鹽，硝酸根初始濃度為100mg/L，初始pH為7.6，反應(yīng)進(jìn)行120min后，硝酸根去除率可達(dá)90％以上。
權(quán)利要求
1.一種去除水中硝酸鹽的電極，其特征在于，以銅板為載體，利用電鍍的方法將貴金屬(A)如鈀、鉑、金、銠、釕中的一種和錫分別沉積在銅板上，即得可還原水中硝酸鹽的電極。
2.一種制備如權(quán)利要求1所述的去除水中硝酸鹽的電極方法，其特征在于，先將貴金屬(A)的相應(yīng)可溶性前驅(qū)化合物溶解在鹽酸溶液中，然后將其緩慢地滴加到氯化銨溶液中，并強(qiáng)力攪拌，制備成該種貴金屬的銨絡(luò)合物，以此絡(luò)合物為電鍍液，在銅板上電沉積貴金屬(A)；然后將貴金屬(A)改性的銅電極作為陰極，置于氯化亞錫的鹽酸溶液中電沉積Sn，蒸餾水清洗后即得去除水中硝酸鹽的電極。
3.按照權(quán)利要求2所述的電極制備方法，其特征在于，所述的貴金屬(A)的相應(yīng)可溶性前驅(qū)化合物為貴金屬(A)的硝酸鹽、醋酸鹽、氯化鹽。電沉積貴金屬(A)的電鍍液組成貴金屬(A)含量0.5-10mmol/L，NH4Cl0.01-1mol/L，pH＝0.3-2。
4.按照權(quán)利要求2所述的電極制備方法，其特征在于，所述的電沉積貴金屬(A)的制備方法(1)恒流電沉積電流密度4mA/cm2，沉積時(shí)間5-60min；(2)恒壓電沉積沉積電位-0.1V-0.9V，沉積時(shí)間0.5-60min。
5.按照權(quán)利要求2所述的電極制備方法，其特征在于，所述的在貴金屬(A)改性的銅電極上電沉積錫的電鍍液組成SnCl20.025mmol/L，鹽酸0.1mol/L；
6.按照權(quán)利要求2所述的電極制備方法，其特征在于，所述的在貴金屬(A)改性的銅電極上電沉積錫的制備方法恒壓電沉積，沉積電位-0.1V--0.8V，沉積時(shí)間1-20min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除水中硝酸鹽的電極及制備方法。該電極是以銅板為載體，將銅板用砂紙打磨、丙酮超聲清洗、酸蝕后，利用電鍍的方法將如鈀、鉑、金、銠、釕的貴金屬中的一種和錫分別沉積在銅板上，即得可還原水中硝酸鹽的電極。本發(fā)明的電極造價(jià)低、活性高；本發(fā)明的電極制備方法簡(jiǎn)單，易于操作。
文檔編號(hào)C02F1/461GK1789497SQ200410098589
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月15日
發(fā)明者曲久輝, 王穎, 武榮成, 劉會(huì)娟, 雷鵬舉 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心