專利名稱：電化學(xué)還原硝酸鹽裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電化學(xué)還原硝酸鹽裝置。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，許多國家的地下水都受到不同程度的硝酸鹽污染。80年代以來，我國地下水硝酸鹽污染越來越嚴(yán)重，對41個城市的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明當(dāng)時己有1/3的城市地下水中存在硝酸鹽污染問題，一些地區(qū)污染十分嚴(yán)重。世界衛(wèi)生組織(WHO)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)制定于1984年，其對飲用水中硝酸鹽氮含量的指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)為10 mg /L，推薦標(biāo)準(zhǔn)為5 mg /L0美國的標(biāo)準(zhǔn)為10 m g/L。我國2012年7月起正式執(zhí)行的新《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》也規(guī)定飲用水中硝酸鹽氮不得超過10 mg/L。飲用高硝酸鹽含量的地下水會給人類健康造成危害，硝酸鹽對人體的危害主要是由于其在人體內(nèi)被·還原為亞硝酸鹽所引起的，這種還原作用發(fā)生在任何年齡段人體的唾液中和小于三個月嬰兒的消化道中。亞硝酸鹽能導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥和誘發(fā)多種癌癥，在較大劑量時還對人體血管神經(jīng)和心血管系統(tǒng)存在不良影響。對受硝酸鹽污染的飲用水凈化，主要有物理法、化學(xué)法、生物法和這些方法的復(fù)合集成法。物理處理法不具有對硝酸鹽的還原分解作用，因此該工藝最大的缺點就是存在廢液的排放問題，處理不當(dāng)會造成環(huán)境的二次污染。化學(xué)處理法主要是催化還原法，反應(yīng)產(chǎn)物很難將硝酸鹽完全還原成無害的氮氣，并且會產(chǎn)生金屬離子、金屬氧化物或水合金屬氧化物等導(dǎo)致二次污染，所以對后續(xù)處理要求較高。目前的生物反硝化法由于地下水中的營養(yǎng)缺乏，普遍存在處理效率低、抗負(fù)荷沖擊能力弱等缺點。電化學(xué)法利用電子作為潔凈的氧化還原反應(yīng)參與物，直接地或間接地進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)換，不需要象化學(xué)過程中那樣大量應(yīng)用氧化劑或還原劑；但由于電化學(xué)法還原去除硝酸鹽存在亞硝酸鹽及氨的生成問題，迄今為止一直未得到有效的解決，限制了其實用化。在電化學(xué)硝酸鹽還原方面，已經(jīng)有電化學(xué)法將硝酸鹽還原成氨或其它氣態(tài)氮化合物，然后再利用化學(xué)催化法把生成的氨氮氧化成無害的氮氣從而達(dá)到去除硝酸鹽的專利；金屬改性活性炭纖維電極和用該電極去除硝酸鹽的方法的專利，但是這些專利只提供了用金屬改性活性炭纖維電極將硝酸鹽還原的電化學(xué)方法，而未提供硝酸鹽還原副產(chǎn)物(主要是銨鹽)去除的方法。另外，在以往的文獻(xiàn)中已有利用電化學(xué)法氧化廢水中的氨氮的研究，但存在其副產(chǎn)物硝酸鹽去除的問題。有研究者采用Ti電極去除硝酸鹽，雖然能夠?qū)⑾跛猁}去除，但硝酸鹽的去除率較低。

實用新型內(nèi)容本實用新型需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，它結(jié)構(gòu)簡單巧妙，使用Ti納米電極，在一個電化學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)有效地去除硝酸鹽，無需其它輔助的處理裝置，是一種有效地去除地下水中硝酸鹽的電化學(xué)裝置。[0008]為解決上述問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案本實用新型提供了一種電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，包括一個電解槽，電解槽內(nèi)設(shè)置有陰極和陽極，陰極和陽極分別通過電線和電源連接，所述陰極為Ti納米電極，陽極為Ti/Pt電極。陰極和陽極之間可以由高分子離子交換膜隔開，電解槽為多槽形式。所述電源為一個直流穩(wěn)壓器，其有效電壓為0-100V，有效電流為0-10A。本實用新型中硝酸鹽去除的原理是硝酸鹽在陰極得到電子被還原生成氮氣、亞硝酸鹽或氨，從而達(dá)到硝酸鹽去除的目的。本實用新型中完全去除硝酸鹽過程中的反應(yīng)式如下陰極附近NO3 + H2O + 2e = NO2 + 2 OH(I)NOf + 3H20 + 5( = 1/2N2 + 60F(2)NO2- + 5H20 + 6e_ = NH3 + 70F(3)2NCV + 4H20 + 6e_ = N2 + 80F(4)2H20 + 2e_ = H2 + 20F (副反應(yīng))(5)本實用新型的特點是I、反應(yīng)器制作簡單、操作方便，自動化程度高；所有處理可以在單一的反應(yīng)裝置中完成;2、反應(yīng)器去除硝酸鹽效率比使用Ti陰極高，能夠?qū)⑾跛猁}全部去除且無副產(chǎn)物生成；3、反應(yīng)器出水水質(zhì)好，抗負(fù)荷變動能力強；不需沉淀裝置，可節(jié)省二次處理成本。
圖I為本實用新型單槽形式的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為多槽形式的電解槽結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖I所示，本實用新型提供了一種電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，包括一個電解槽1，電解槽為一個容積為50 ml的圓柱形水槽，由聚乙烯制成，電解槽內(nèi)設(shè)置有陰極2和陽極3，陰極和陽極分別通過電線和電源4連接，陰極為Ti納米電極，陽極為Ti/Pt電極。電源是一個直流穩(wěn)壓器電源，其有效電壓為0-100V，有效電流為0-10A。每次電解的硝酸鹽溶液體積為50 ml。電解槽可為圓柱形、四方柱形等形狀；陰陽電極置于電解槽中，如圖2所示，電極間可用高分子離子交換膜5隔開，使電解槽成為多槽形式；電極間也可不用置放離子交換膜，電解槽成為單槽形式。電極形狀沒有特殊要求，可以是板狀、網(wǎng)狀、圓筒形或線狀等，根據(jù)需要而定。實驗中將人工合成硝酸鹽污染水(NOfN 100 mg/L; Na2SO4 0.5 g/L) 50 mL放入到電解槽中，開啟電源，調(diào)節(jié)電流，使電流為O. 4A。若使用陰極為Ti陰極，則反應(yīng)120分鐘后硝酸鹽氮濃度從100 mg/L降到81mg/L ；而若使用陰極為Ti納米陰極，則反應(yīng)120分鐘后硝酸鹽氮濃度從100 mg/L降到65 mg/L，去除速率比使用Ti電極提高了 26%，大大提高了硝酸鹽的去除效率。最后應(yīng)說明的是顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本實用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，其特征在于包括一個電解槽，電解槽內(nèi)設(shè)置有陰極和陽極，陰極和陽極分別通過電線和電源連接，所述陰極為Ti納米電極，陽極為Ti/Pt電極。
2.如權(quán)利要求I所述的電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，其特征在于陰極和陽極之間由高分子離子交換膜隔開，電解槽為多槽形式。
3.如權(quán)利要求I或2所述的電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，其特征在于所述電源為一個直流穩(wěn)壓器，其有效電壓為0-100V，有效電流為0-10A。
專利摘要本實用新型公開了一種電化學(xué)還原硝酸鹽裝置，包括一個電解槽，電解槽內(nèi)設(shè)置有陰極和陽極，陰極和陽極分別通過電線和電源連接，所述陰極為Ti納米電極，陽極為Ti/Pt電極。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單巧妙，使用Ti納米電極，在一個電化學(xué)反應(yīng)槽內(nèi)有效地去除硝酸鹽，無需其它輔助的處理裝置，是一種有效地去除地下水中硝酸鹽的電化學(xué)裝置。
文檔編號C02F101/16GK202576055SQ20122022748
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者李淼, 馮傳平, 張振亞 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(北京)