电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法技术

本发明专利技术属于废水处理技术领域，具体涉及一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法。本发明专利技术通过稀土元素掺杂制备钛基氧化物涂层电极，并通过含磷和/或含硫的无机盐或有机物作为添加剂以提高电化学还原硝酸盐生成氮气和/或氨气的选择性，从而在高盐废水的硝酸盐去除中具有高选择性，可将硝酸盐电还原成氮气和/或氨气而脱除，且氨气可进一步回收作为氮肥。且氨气可进一步回收作为氮肥。

【技术实现步骤摘要】
电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种利用稀土元素掺杂阴极进行电化学还原以去除高盐废水中硝酸盐的方法。

技术介绍

[0002]高盐废水中以氯化钠、硫酸钠和硝酸钠等盐类为主。采用蒸发结晶处理产生的副产盐除了含有其他盐杂质外，还含有少量难降解有机物、钙镁硬度、其他重金属离子和Si等杂质，不仅价值低且无法直接利用，大量堆存还容易造成二次污染，因此需要进一步资源化处理。
[0003]膜法分盐一般用于将高盐废水中的一价盐、二价盐进行分离，只能用于脱除硫酸钠而无法实现一价盐氯化钠与硝酸钠的有效分离。由于硝酸钠溶解度较高且几乎所有的硝酸盐都易溶于水，因此采用传统冷冻结晶技术难以实现高浓度NaCl废水中硝酸盐的高效分离与深度去除。
[0004]目前去除废水中硝酸盐的方法包括离子交换法、生物反硝化法、化学反硝化法和物化法等，不少研究者展开了专门研究和报道。
[0005]有研究者提出硝酸盐废水的处理方法。如专利申请CN202210036483.5公开了利用具有电活性的硝酸盐还原菌
‑
零价铁耦合体系处理硝酸盐废水，该方法可避免硝酸盐还原菌对有机碳源的依赖，实现废水中硝酸盐高效定向转化产氨。但煤化工浓盐水中高浓度NaCl盐会限制硝酸盐还原菌的活性。
[0006]其他去除高盐废水中NO3‑
离子的方法，如离子交换法存在NO3‑
与Cl
‑
离子间的竞争性吸附，由于缺乏NO3‑
离子选择性吸附树脂，造成NaCl高盐废水中硝酸盐难以吸附去除；传统化学反硝化法是通过活泼金属反硝化和催化反硝化实现硝酸盐的去除，但会带入其他杂质；传统物化法是指采用反渗透+电渗析技术处理，但无法实现NO3‑
与Cl
‑
离子的分离。
[0007]因此，需要进一步研究新的可实现煤化工高盐废水中硝酸盐深度去除的方法。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，旨在通过提供对高盐废水中的硝酸盐具有高选择性的高催化活性稀土元素掺杂阴极，从而通过电化学还原反应，高效定向去除高盐废水中的硝酸盐。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术一方面，提供了一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，其包括如下步骤：
[0010]提供阳极和稀土元素掺杂阴极；
[0011]在电解槽中加入高盐废水，以所述阳极和所述稀土元素掺杂阴极进行电化学还原反应，将所述硝酸盐还原成氮气和/或氨气而被去除；
[0012]其中，所述稀土元素掺杂阴极的制备方法包括：
[0013]提供钛基金属电极和前驱体溶液，所述前驱体溶液包括金属氧化物、含稀土元素
的盐类、含硫和/或含磷的无机盐或有机物；
[0014]将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理；
[0015]再经恒温晶化处理，得到稀土元素掺杂阴极。
[0016]本专利技术另一方面，提供了一种稀土元素掺杂阴极的制备方法，其包括：
[0017]提供钛基金属电极和前驱体溶液，所述前驱体溶液包括金属氧化物、含稀土元素的盐类、含硫和/或含磷的无机盐或有机物；
[0018]将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理；
[0019]再经恒温晶化处理，得到稀土元素掺杂阴极。
[0020]本专利技术再一方面，提供了一种稀土元素掺杂阴极，其是通过本专利技术稀土元素掺杂阴极的制备方法制备得到。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0022]1)本专利技术提供的电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，通过提供一种新的稀土元素掺杂阴极，该阴极是基于稀土元素的原子或离子未充满的4f壳层使其具有较高的电子传递活性，通过稀土元素掺杂制备具有钛基氧化物涂层电极，并通过含磷和/或含硫的无机盐或有机物作为添加剂以提高电化学还原硝酸盐生成氮气和/或氨气的选择性，从而在高盐废水的硝酸盐去除中具有高选择性，可将硝酸盐电还原成氮气和/或氨气而脱除，且氨气可进一步回收作为氮肥。
[0023]2)本专利技术提供的电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，可以深度去除高盐废水中的硝酸盐，具有效率高、能耗低的优点，可广泛用于各种工业领域产生的高盐废水的硝酸盐的高效去除，具有广泛且良好的应用前景。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实施例1提供的电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法的流程图。
具体实施方式
[0025]在本专利技术中，“高盐废水”是是煤化工废水经膜分盐浓缩后产生的浓盐水，经蒸发浓缩结晶的NaCl工业盐排杂的离心母液，再经去除有机物、钙镁离子、重金属及Si杂质后的产物，以减少电极副反应。在一些实施方案中，所述高盐废水的含盐量TDS>100g/L，主要包含NaCl和少量硝酸盐，其中硝酸根离子浓度约为1000mg/L。
[0026]根据电化学还原硝酸盐反应原理，高盐废水中NO3‑
离子可被还原成NO2‑
、N2和NH
4+
以及NO、N2O、NH2OH等产物。硝酸盐电化学还原所涉及的主要阴极反应如下：
[0027]NO3‑
+H2O+2e
‑
→
NO2‑
+2OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0028]NO2‑
+2H2O+3e
‑
→
1/2N2+4OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0029]NO2‑
+5H2O+6e
‑
→
NH3+7OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0030]NO2‑
+4H2O+4e
‑
→
NH2OH+5OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0031]2NO2‑
+3H2O+6e
‑
→
N2+8OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0032]2NO2‑
+3H2O+4e
‑
→
N2O+6OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0033]NO2‑
+H2O+2e
‑
→
NO+2OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0034]N2O+5H2O+4e
‑
→
2NH2OH+4OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0035]2H2O+2e
‑
→
H2+2OH
‑
ꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0036]通过，硝酸盐电化学还原涉及反应物的扩散、吸附、电荷转移、产物解吸与分离等步骤，其中硝酸盐在活性部位上的吸附是电化学还原的第一步，而具有催化活性的电极材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电化学还原去除高盐废水中硝酸盐的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供阳极和稀土元素掺杂阴极；在电解槽中加入高盐废水，以所述阳极和所述稀土元素掺杂阴极进行电化学还原反应，将所述硝酸盐还原成氮气和/或氨气而被去除；其中，所述稀土元素掺杂阴极的制备方法包括：提供钛基金属电极和前驱体溶液，所述前驱体溶液包括金属氧化物、含稀土元素的盐类、含硫和/或含磷的无机盐或有机物；将所述前驱体溶液涂覆在所述钛基金属电极表面，进行烧结处理；再经恒温晶化处理，得到稀土元素掺杂阴极。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属氧化物选自Sb
‑
SnO2、RuO2、IrO2中的至少一种；所述含稀土元素的盐类为La、Ce和/或Pr的氯化物、硫酸盐和/或硝酸盐。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液中，所述金属氧化物、所述含稀土元素的盐类、所述含硫和/或含磷的无机盐或有机物的摩尔浓度比为100:(0.05
‑
1):(0.01
‑
0.1)。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结处理是在富氧气氛、0.2
‑
2.0MPa的压力下进行，烧结温度为500
‑
1200℃，烧结时间为30
‑
120min。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒温晶化处理的温度为500
‑
800℃，时间为12
‑
48h。6...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏江波，石绍渊，石国华，陈冬冬，崔馨予，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所神华工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：