一种Ti纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法

摘要

一种Ti纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法，步骤如下：1、取硝酸盐污染水，其中硝酸盐氮含量为25～100mg/L，硫酸钠含量0.1～1.0g/L；2、采用以RuO₂+IrO₂网状电极为辅助电极制作的Ti纳米电极为阴极，采用Ti/Pt电极为阳极，阴极和阳极极板间距5～20mm；3、将硝酸盐污染水、阴极和阳极放入电解槽中，设定电流在0.2～3.0A条件下，电解60～300分钟，从而还原去除硝酸盐；硝酸盐在阴极得到电子被还原生成氮气、亚硝酸盐或氨，达到去除硝酸盐的目的；本发明使用RuO₂+IrO₂网状电极作为辅助电极制作的Ti纳米电极，在一个电化学反应槽内有效地去除硝酸盐，无需其他辅助的处理装置。

主权项

一种Ti纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法，其特征在于：使用以RuO₂+IrO₂网状电极为辅助电极制作的Ti纳米电极，在一个电解槽内有效地去除硝酸盐，无需其他辅助的处理装置，具体包括如下步骤：步骤1：取硝酸盐污染水，其中硝酸盐氮含量为25～100mg/L，硫酸钠含量0.1～1.0g/L；步骤2：采用以RuO₂+IrO₂网状电极为辅助电极制作的Ti纳米电极为阴极，采用Ti/Pt电极为阳极，阴极和阳极极板间距5～20mm；步骤3：将硝酸盐污染水、阴极和阳极放入电解槽中，设定电流在0.2～3.0A条件下，电解60～300分钟，从而还原去除硝酸盐；硝酸盐在阴极得到电子被还原生成氮气、亚硝酸盐或氨，达到去除硝酸盐的目的；反应式如下：阴极反应：NO₃^‑+H₂O+2e^‑＝NO₂^‑+2OH^‑    (1)NO₃^‑+3H₂O+5e^‑＝1/2N₂+6OH^‑  (2)NO₂^‑+5H₂O+6e^‑＝NH₃+7OH^‑    (3)2NO₂^‑+4H₂O+6e^‑＝N₂+8OH^‑    (4)2H₂O+2e^‑＝H₂+2OH^‑(副反应)  (5)所述以RuO₂+IrO₂网状电极为辅助电极制作的Ti纳米电极的制作方法如下：(1)用100～180目的砂纸打磨Ti极板；(2)将打磨好的Ti极板，用去离子水超声清洗20～40分钟；(3)将超声清洗后的Ti极板吹干待用；(4)采用恒压阳极氧化法处理电极，阳极氧化采用的电源为直流稳压电源；具体为：采用RuO₂+IrO₂网状电极为辅助电极即阴极，采用步骤3吹干后的Ti极板为工作电极即阳极，以含质量百分比为0.01～0.30％的NH₄F的水溶液作电解液，在设定的氧化电压10～60V条件下，氧化30～180分钟；在阳极的表面会形成微观纳米管结构，其电极表面纳米管形成的原理是：1)在电场的作用下，阳极表面附近的水电离产生O^2‑，同时钛快速溶解，产生大量Ti⁴⁺，与O^2‑迅速反应，在Ti极板表面形成致密的氧化钛阻挡层，主要发生以下反应：H₂O→2H⁺+O^2‑          (1)Ti‑4e→Ti⁴⁺          (2)Ti⁴⁺+2O^2‑→TiO₂       (3)2)电解质溶液中的F^‑在电场的作用下，迁移至阳极附近，与氧化钛阻挡层发生化学作用形成可溶性的TiF₆^2‑，致使氧化钛阻挡层形成不规则的凹痕；随着氧化时间的延长，凹痕逐渐发展成孔核，孔核又因场致和化学溶解过程而成为小孔，小孔的密度不断增加，最后均匀分布在极板表面形成有序结构，主要发生的反应是：TiO₂+6F^‑+4H⁺→TiF₆^2‑+2H₂O  (4)3)当氧化钛阻挡层向钛基底推进的速度与孔底氧化层的溶解速度相等时，孔的长度不再增加，最终形成独立有序的纳米管结构；(5)待反应完成后将形成的具有纳米管形貌的Ti极板取出，去离子水超声清洗后，再干燥即得到成品Ti纳米电极。