專利名稱：去除水中硝酸鹽的電極及制備方法
技術領域：
本發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，屬于水處理技術的應用領域。
背景技術：
由于農業化肥的廣泛使用以及城市污水和工業廢水的大量排放等原因，導致全球性的地下水硝酸鹽氮污染，并呈日益惡化的趨勢。如美國許多地區水中硝酸鹽平均每年增長0.8mg/L，德國有50％的農用井水硝酸鹽的濃度已經超過60mg/L。我國的情況也不容樂觀。目前，我國大多數地區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，個別地區其濃度已超過100mg-N/L。
攝入過多的硝酸鹽對人體健康有很多危害，可引起高鐵血紅蛋白癥，嚴重時可導致缺氧死亡。而在硝酸鹽轉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還原法。物理法去除地下水中的硝酸鹽所需費用過高，不具有選擇性，且只是發生了硝酸鹽污染物的轉移或濃縮，實際上并沒有對其進行徹底地去除，所以在應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氣，但仍存在一些難以克服的缺點，如抗沖擊負荷能力低，存在二次污染，工藝復雜，不適合小規模及分散給水處理等。化學還原法包括金屬單質還原法、氫催化還原法和電化學還原法。金屬單質還原法是以鐵、鋁、鋅等金屬單質為還原劑將硝酸鹽還原為氮氣，其反應條件難以控制，易產生副產物導致二次污染。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行還原，其反應速度快，可以避免對水的二次污染。但氫氣在水中的溶解度低，且易燃易爆，運輸困難，在應用時有諸多不便。電化學還原法是近年來才發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，可以避免對出水產生二次污染，并且工藝簡單，易于操作，目前仍處于理論研究階段。
發明內容
本發明的目的是提供一種造價低、高活性、用以去除水中硝酸鹽的電極及制備方法。
本發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)的相應可溶性前驅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，并強力攪拌，制備成該種貴金屬的銨絡合物，以此絡合物為電鍍液，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，沉積時間5-60min；(2)恒壓電沉積沉積電位-0.1V-0.9V，沉積時間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，沉積時間1-20min。
本發明可用于去除地下水或地表水中的硝酸鹽污染物，對電催化還原硝酸鹽具有很高的活性。
本發明的突出優點是電極活性高，電極制備方法簡單、成本低。
實施例例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節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，鉑片為陽極，在此溶液中恒流電沉積Pd。電流密度4mA/cm2，沉積時間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，反應進行120min后，硝酸根去除率可達90％以上。
例2銅板預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，反應進行120min后，硝酸根去除率可達90％以上。
權利要求
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)的相應可溶性前驅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，并強力攪拌，制備成該種貴金屬的銨絡合物，以此絡合物為電鍍液，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)的相應可溶性前驅化合物為貴金屬(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，沉積時間5-60min；(2)恒壓電沉積沉積電位-0.1V-0.9V，沉積時間0.5-60min。
5.按照權利要求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，沉積時間1-20min。
全文摘要
本發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。本發明的電極造價低、活性高；本發明的電極制備方法簡單，易于操作。
文檔編號C02F1/461GK1789497SQ200410098589
公開日2006年6月21日 申請日期2004年12月15日 優先權日2004年12月15日
發明者曲久輝, 王穎, 武榮成, 劉會娟, 雷鵬舉 申請人:中國科學院生態環境研究中心