公布日：2023.05.05
申請日：2023.01.04
分類號：C02F1/467(2023.01)I;C02F1/461(2023.01)I;C02F1/70(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明屬于廢水處理技術領域，具體涉及一種電化學還原去除高鹽廢水中硝酸鹽的方法。本發(fā)明通過稀土元素摻雜制備鈦基氧化物涂層電極，并通過含磷和/或含硫的無機鹽或有機物作為添加劑以提高電化學還原硝酸鹽生成氮氣和/或氨氣的選擇性，從而在高鹽廢水的硝酸鹽去除中具有高選擇性，可將硝酸鹽電還原成氮氣和/或氨氣而脫除，且氨氣可進一步回收作為氮肥。
權利要求書
1.一種電化學還原去除高鹽廢水中硝酸鹽的方法，其特征在于，包括如下步驟：提供陽極和稀土元素摻雜陰極；在電解槽中加入高鹽廢水，以所述陽極和所述稀土元素摻雜陰極進行電化學還原反應，將所述硝酸鹽還原成氮氣和/或氨氣而被去除；其中，所述稀土元素摻雜陰極的制備方法包括：提供鈦基金屬電極和前驅體溶液，所述前驅體溶液包括金屬氧化物、含稀土元素的鹽類、含硫和/或含磷的無機鹽或有機物；將所述前驅體溶液涂覆在所述鈦基金屬電極表面，進行燒結處理；再經恒溫晶化處理，得到稀土元素摻雜陰極。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物選自Sb-SnO2、RuO2、IrO2中的至少一種；所述含稀土元素的鹽類為La、Ce和/或Pr的氯化物、硫酸鹽和/或硝酸鹽。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述前驅體溶液中，所述金屬氧化物、所述含稀土元素的鹽類、所述含硫和/或含磷的無機鹽或有機物的摩爾濃度比為100:(0.05-1):(0.01-0.1)。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述燒結處理是在富氧氣氛、0.2-2.0MPa的壓力下進行，燒結溫度為500-1200℃，燒結時間為30-120min。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述恒溫晶化處理的溫度為500-800℃，時間為12-48h。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電化學還原反應時，施加的電流密度為10-50mA/cm2，所述高鹽廢水的pH控制在3-7，反應時間為0.5-3h。
7.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，將所述前驅體溶液涂覆在所述鈦基金屬電極表面，進行燒結處理的步驟重復多次；優(yōu)選地，重復10-20次。
8.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述鈦基金屬電極還經過表面預處理；優(yōu)選地，所述表面預處理包括：除油、除氧化層、形成粗糙表面中的至少一種；更優(yōu)選地，所述除油是采用堿液、有機溶劑和去離子水依次清洗所述鈦基金屬電極，重復至少三次；所述除氧化層是采用粗砂紙、細砂紙進行分級打磨，直至所述鈦基金屬電極表面的氧化層全部去除；所述形成粗糙表面是采用5％-10％的草酸溶液浸泡所述鈦基金屬電極12-48h。
9.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述高鹽廢水是煤化工廢水經膜分鹽濃縮后產生的濃鹽水，經蒸發(fā)濃縮結晶的NaCl工業(yè)鹽排雜的離心母液，再經去除有機物、鈣鎂離子、重金屬及Si雜質后的產物。
10.根據權利要求1-6任一項所述的方法，其特征在于，所述高鹽廢水經電化學反應后，殘余硝酸根離子的濃度低于60mg/L。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種電化學還原去除高鹽廢水中硝酸鹽的方法，旨在通過提供對高鹽廢水中的硝酸鹽具有高選擇性的高催化活性稀土元素摻雜陰極，從而通過電化學還原反應，高效定向去除高鹽廢水中的硝酸鹽。
為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明一方面，提供了一種電化學還原去除高鹽廢水中硝酸鹽的方法，其包括如下步驟：
提供陽極和稀土元素摻雜陰極；
在電解槽中加入高鹽廢水，以所述陽極和所述稀土元素摻雜陰極進行電化學還原反應，將所述硝酸鹽還原成氮氣和/或氨氣而被去除；
其中，所述稀土元素摻雜陰極的制備方法包括：
提供鈦基金屬電極和前驅體溶液，所述前驅體溶液包括金屬氧化物、含稀土元素的鹽類、含硫和/或含磷的無機鹽或有機物；
將所述前驅體溶液涂覆在所述鈦基金屬電極表面，進行燒結處理；
再經恒溫晶化處理，得到稀土元素摻雜陰極。
本發(fā)明另一方面，提供了一種稀土元素摻雜陰極的制備方法，其包括：
提供鈦基金屬電極和前驅體溶液，所述前驅體溶液包括金屬氧化物、含稀土元素的鹽類、含硫和/或含磷的無機鹽或有機物；
將所述前驅體溶液涂覆在所述鈦基金屬電極表面，進行燒結處理；
再經恒溫晶化處理，得到稀土元素摻雜陰極。
本發(fā)明再一方面，提供了一種稀土元素摻雜陰極，其是通過本發(fā)明稀土元素摻雜陰極的制備方法制備得到。
與現有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
1)本發(fā)明提供的電化學還原去除高鹽廢水中硝酸鹽的方法，通過提供一種新的稀土元素摻雜陰極，該陰極是基于稀土元素的原子或離子未充滿的4f殼層使其具有較高的電子傳遞活性，通過稀土元素摻雜制備具有鈦基氧化物涂層電極，并通過含磷和/或含硫的無機鹽或有機物作為添加劑以提高電化學還原硝酸鹽生成氮氣和/或氨氣的選擇性，從而在高鹽廢水的硝酸鹽去除中具有高選擇性，可將硝酸鹽電還原成氮氣和/或氨氣而脫除，且氨氣可進一步回收作為氮肥。
2)本發(fā)明提供的電化學還原去除高鹽廢水中硝酸鹽的方法，可以深度去除高鹽廢水中的硝酸鹽，具有效率高、能耗低的優(yōu)點，可廣泛用于各種工業(yè)領域產生的高鹽廢水的硝酸鹽的高效去除，具有廣泛且良好的應用前景。
（發(fā)明人：魏江波;石紹淵;石國華;陳冬冬;崔馨予）
