一种高效去除水中硝酸盐的Ni/TiO制造技术

本发明专利技术公开了一种高效去除水中硝酸盐的Ni/TiO

An efficient Ni / TiO for nitrate removal from water

【技术实现步骤摘要】
一种高效去除水中硝酸盐的Ni/TiO2纳米管电极的制备方法
本专利技术属于电化学水处理
，更具体的说，涉及一种Ni/TiO2纳米管电极的制备和在去除水中硝态盐及其副产物的应用。
技术介绍
我国农业氮肥的过度使用、生活污水以及工业废水的排放、固体垃圾废弃物滤液的下渗以及污水回灌对水环境带来了较大的硝酸盐氮污染。硝酸盐随着水体的污染以及循环，直接或间接进入人类生活环境或动植物体内，随着时间加长，将会给人体健康、动植物生长以及人类的公共健康构成极大的威胁。另外，高含硝态氮污水的排放，一定程度上会导致地下水硝酸盐污染的加重，而当饮用水中硝酸盐含量过高过时，人们引用后会影响人们的听觉和视觉条件反射，甚至智力下降。因此，含氮污水排放至地表水体前先要进入城市污水处理厂进行处理而后排放。而在实际处理硝酸盐的过程中，常常会受到污染水质以及环境的影响，且出水中常含有部分的亚硝酸盐和氨氮而导致不能达标排放，亚硝酸盐和氨氮也都是一种致癌物质，因而，寻找一种既能高效去除硝态氮、又能降低其副产物的技术成为迫在眉睫的难题之一。现今，常见的硝酸盐的去除方法一般有物化法、生物降解法、以及电化学还原技术。生物脱氮依赖于碳源、适宜的操作温度和pH，微生物培养需要较长的时间故受环境和水中的影响较大，而且此方法会产生污泥；物理方法只能进行分离，对硝态氮只是转移和浓缩，却不能完全彻底的去除，导致第二次污染，而电化学还原技术具有不产生污泥、投资成本低、处理效率高等优点，而且可以通过电极材料的选择来降低副产物氨氮和亚硝态氮的产生。电化学还原硝酸盐的技术是在电场的作用下，利用阴极极板对硝酸盐的吸附和还原作用，使得硝酸根离子还原为气态产物N2和N2O，从而达到去除硝酸盐的目的。另外，在电化学还原过程中可以通过对阴极材料的选择来降低副产物氨氮和亚硝态氮的产生。在众多还原材料之中，钛是一种无毒，在人体组织和血液中有良好的溶解性、重量轻、强度高、金属光泽好、耐腐蚀的材料。为了开发具有大比表面积的电极，故将钛做成二氧化钛纳米管，但是二氧化钛纳米管作为阴极时，对硝态氮的去除率相较于钛有较大的提高，但是脱氮效果仍不理想，且副产物亚硝态氮、氨氮的含量往往较高，导致出水中硝态氮不能达标排放，因此，有必要开发一种更加稳定高效的电极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出了一种高效去除污水中硝态氮以及它的副产物的一种新方法。该方法采用Ti-RuO2协同多孔纳米电极即负载镍的钛纳米管(Ni-TNPs)来处理污水中的硝态氮。在相关的文献和专利中，二氧化钛纳米管已经被广泛应用于硝态氮的处理，但是处理效果不佳，且反应副产物中存在大量的氨氮，总氮的去除率也较低。而采用Ti-RuO2协同负载镍的钛纳米管(Ni-TNPs)的新方法对硝态氮的去除率大大增加，且使得硝态氮转化为氮气，处理后的污水中几乎不存在副产物亚硝态氮和氨氮，实现了真正意义上的氮素的去除。本专利技术的方法主要通过在负载镍的钛纳米管(Ni-TNPs)的电还原作用下，硝态氮被还原为氮气，从而使得总氮的去除率大大增加，硝态氮被真正有效的去除。本专利技术的技术方案如下：一种电还原去除硝态氮的Ni/TiO2纳米管电极的制备方法，包括以下步骤：钛基体的处理、二氧化钛纳米管的制备和镍在钛纳米管上的电沉积；步骤1)钛基体的处理：首先用砂纸对钛片进行打磨，然后用去离子水进行清洗，然后将钛片先后放入丙酮、乙醇、纯水中超声波振荡清洗一段时间，最后放入无水乙醇中保存备用；步骤2)二氧化钛纳米管的制备：将一定量的NH4F溶于去离子水和乙二醇混合液中；采用恒电位的方式，氧化电压为25v，阴极和阳极之间的距离为1.5cm，反应一定的时间，反应结束后用蒸馏水冲洗电极，自然晾干后放入马弗炉中在一定温度下煅烧一定的时间得到二氧化钛纳米管；步骤3)镍在钛纳米管上的电沉积：称取一定量的镍盐、硼酸、十二烷基硫酸钠加入250ml的超纯水中，采用不溶性电极RuO2-Ti为阳极，钛纳米管为阴极，在一定的电流密度下电沉积一定的时间。步骤2)所述一定温度为400-600℃，优化温度为500℃。步骤2)所述一定时间为5-10min，优化时间为5min。步骤3)镍盐、硼酸和十二烷基硫酸钠的浓度分别为55g/L、20g/L、0.2g/L。本专利技术的有益效果为：1、利用二氧化钛纳米管作为负载金属镍的载体，大大提高了负载金属的比表面积。2、本专利技术制得的电极材料兼具吸附和催化作用，在处理过程首先硝酸盐吸附在钛基表面，二氧化钛作为还原剂提供电子，故在纳米管的表面被还原为亚硝酸盐，然后亚硝酸盐从二氧化钛表面脱去，重新吸附在镍表面，通过氢吸附还原，转化为气态产物，如氨或氮气。3、相较于纳米管而言大大提高了硝态氮的去除率，在去除硝态氮的过程中N2选择性很高，为99％以上，其副产物氨氮和亚硝态氮几乎不存在，总氮的去除率在95％以上，对污水中氮素的完全去除具有重大的意义。附图说明图1为实施例1中纳米管煅烧温度为500℃，Ni的电镀时间为5min的线性扫描伏安图。图2为实施例2中纳米管煅烧温度为600℃，Ni的电镀时间为5min的线性扫描伏安图。图3为实施例3中纳米管煅烧温度为400℃，Ni的电镀时间为5min的线性扫描伏安图。图4为实施例4中纳米管煅烧温度为500℃，Ni的电镀时间为8min的线性扫描伏安图。图5为实施例5中纳米管煅烧温度为500℃，Ni的电镀时间为10min的线性扫描伏安图。图6为实施例1中纳米管煅烧温度为500℃，Ni的电镀时间为5min的SEM图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。实施例1步骤1)钛板的预处理：机械抛光—首先用1000目的砂纸对钛片进行研磨，然后再用3000目的砂纸进行机械打磨至光亮，然后用去离子水进行清洗，经过清洗后的钛片放入丙酮超声波振荡清洗20min，进行脱脂处理，再放入乙醇中超声15min，最后在纯水中超声处理10min，最后放入无水乙醇中保存备用；步骤2)二氧化钛纳米管的制备：首先配置0.25wt％NH4F，加入10wt％去离子水再加入乙二醇定容到250ml，采用两电极的氧化方法，在氧化的过程中钛片为阳极，不锈钢为阴极。氧化过程采用恒电位的方式，氧化电压为25v，阴极和阳极之间的距离为1.5cm，反应时间为3小时，反应结束后用蒸馏水冲洗电极，自然晾干后放入马弗炉中500℃下煅烧3个小时；步骤3)Ni的电沉积：用不溶性电极RuO2-Ti，阴极为钛纳米管，两电极之间的距离为2cm。镍(Ni)—电沉积液组成及浓度为55g/L的六水合硫酸镍NiSO4·6H2O、20g/L的硼酸，0.2g/L十二烷基硫酸钠，沉积方式为恒电流沉积，在电流密度为10mA/cm2下沉积5min。实施例2步骤1)钛板的预处理：机械抛光—首先用1000目的砂纸对钛片进行研磨，然后再用3000目的砂纸进行机械打磨至光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电还原去除硝态氮的Ni/TiO

【技术特征摘要】
1.一种电还原去除硝态氮的Ni/TiO2纳米管电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：钛基体的处理、二氧化钛纳米管的制备和镍在钛纳米管上的电沉积；
步骤1)钛基体的处理：首先用砂纸对钛片进行打磨，然后用去离子水进行清洗，然后将钛片先后放入丙酮、乙醇、纯水中超声波振荡清洗一段时间，最后放入无水乙醇中保存备用；
步骤2)二氧化钛纳米管的制备：将一定量的NH4F溶于去离子水和乙二醇混合液中；采用恒电位的方式，反应一定的时间，反应结束后用蒸馏水冲洗电极，自然晾干后放入马弗炉中在一定温度下煅烧一定的时间得到二氧化钛纳米管；
步骤3)镍在钛纳米管上的电沉积：称取一定量的镍盐、硼酸、十二烷基硫酸钠加入250ml的超纯水中，采用不溶性电极RuO2-Ti为阳极，钛纳米管为阴极，在一定的电流密度下电沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：海热提·涂尔逊，张芮芮，侯鹏飞，王晓慧，李媛，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11