一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法

本发明属于电催化，具体涉及一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法。

背景技术：

1、消毒是水处理的重要组成部分，对预防水传播传染病的传播起着关键作用。但消毒剂往往具有很强的氧化性，在消毒过程中可能与水中的天然有机物、合成化学品或溴离子发生反应，产生消毒副产物。研究表明，亚硝基二甲胺、亚硝基二乙胺为2a类致癌物，亚硝基二丙胺和亚硝基二丁胺为2b类致癌物。动物实验表明，亚硝基二乙胺的单位致癌风险比三卤甲烷和卤乙酸高3个数量级。

2、现有技术中直接去除亚硝胺的方法主要有物理、化学、生物以及多种方法的组合。物理方法本质上是通过吸附材料或过滤膜直接去除亚硝胺。如活性炭由于其孔隙结构复杂，比表面积大，可以有效结合水中的亚硝胺，然而，良好的吸附效果所需的条件往往是苛刻的；化学方法基本上是通过添加氧化剂来达到去除污染物的目的，然而，很少有研究将不同的方法结合起来。研究表明，活性炭与水的接触时间、活性炭的用量和孔隙度、水温和ph都是影响活性炭对亚硝胺吸附效果的关键因素。因此，有必要利用活性炭的吸附特性结合其他方法去除nas。

3、申请号为201811566620.6公布的“一种单层多孔镍铁水滑石基电催化析氧电极以及其制备方法和应用”中单层多孔镍铁水滑石基电催化析氧电极在碱性介质中用作阳极电解水解制氧气，不能够有效的清除亚硝胺类消毒副产物，因此，利用镍铁水滑石电极材料开发一种有效的去除水中亚硝胺类消毒副产物的工艺是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明提供一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其中，镍铁水滑石电极具有二维层板结构，结构有序、稳定、规律，板间插层可以容纳更多的有机污染物，并且可以产生羟基自由基降解有机污染物，用于电催化氧化技术中，具有更优异的电化学性能。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，包括以下步骤：

4、(1)制备镍铁水滑石粒子；

5、(2)将镍铁水滑石粒子作为第三电极，石墨碳板作为工作电极和对电极，无水硫酸钠溶液作为电解质，组装成三维粒子电极体系；

6、(3)向三维粒子电极施加5～15ma/cm2电流，并将镍铁水滑石粒子投放至含有电解质的电解槽中，实现电催化降解亚硝胺类消毒副产物。

7、进一步的，镍铁水滑石粒子的制备方法包括以下步骤：

8、(1)分别取六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、氢氧化钠和碳酸钠溶于水中，得到混合溶液a；

9、(2)将装有混合溶液a的烧杯水浴加热18～24h，反应形成溶液b；

10、(3)将溶液b通过固液分离后放置真空烘箱80～85度烘干18-24h，研磨得到粉末c；

11、(4)将粉末c与活性炭粉末在水溶液中完全混合后再次抽滤并烘干研磨得到粉末d；

12、(5)将制得的粉末d加入粘结剂溶液搅拌均匀后制备成镍铁水滑石粒子。

13、进一步的，镍铁水滑石粒子的制备方法中的步骤(1)中加入0.040～0.667mol的六水合硝酸镍、0.013～0.040mol的九水合硝酸铁、0.225mol的氢氧化钠和0.188mol的碳酸钠。

14、进一步的，镍铁水滑石粒子的制备方法中的步骤(1)溶液a中镍离子和铁离子的总浓度比为1-5:1。

15、进一步的，镍铁水滑石粒子的制备方法中的步骤(3)中溶液b采用抽滤方式进行固液分离，滤纸的孔径为9μm。

16、进一步的，镍铁水滑石粒子的制备方法中的步骤(4)中粉末d置于80～90℃真空烘箱中反应24～30h。

17、进一步的，镍铁水滑石粒子的制备方法中的步骤(5)中粘结剂溶液为羧甲基纤维素钠，粘结剂溶液的浓度为25～30g/l。

18、相较于现有技术，本发明具有如下有益效果：

19、1、本发明将镍铁水滑石电极材料生成羟基自由基作为电催化的强氧化剂，与传统针对单一污染物相比可以去除多种亚硝胺类消毒副产物；

20、2、本发明中利用造粒方法制备的镍铁水滑石电极材料通电后可以产生氧化能力极强的羟基自由基。羟基自由基(oh)是一种重要的活性氧，从分子式上看是由氢氧根(ohˉ)失去一个电子形成，羟基自由基具有极强的得电子能力也就是氧化能力，羟基自由基使得镍铁水滑石电极材料降解亚硝胺类消毒副产物具有更高的效率，经电化学实验测试，本发明在粒子电极质量为5g、电流密度为10ma/cm2、流速为3ml/min、电解质浓度为0.21mol/l时，经过3.5h电解，镍铁水滑石电极材料在三维流动相电催化系统对亚硝基二乙胺的去除率稳定在70％以上，这证明本发明电极具有较好的催化性能；

21、3、本发明得到的镍铁水滑石结构有序、稳定，使得镍铁水滑石电极材料具有较高的比表面积，暴露更多的催化活性位点，产生更多的羟基自由基，大大提高亚硝胺的反应速率，同时该工艺绿色、无毒、环保，且能耗较低；消除了传统二维金属电极二次污染、能耗较高的问题。

技术特征：

1.一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于，所述镍铁水滑石粒子的制备方法包括以下步骤：

3.如权利要求2所述的一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中加入0.040～0.667mol的六水合硝酸镍、0.013～0.040mol的九水合硝酸铁、0.225mol的氢氧化钠和0.188mol的碳酸钠。

4.根据权利要求2所述的一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于，所述步骤(1)溶液a中镍离子和铁离子的总浓度比为1-5:1。

5.根据权利要求2所述的一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于，所述步骤(3)中溶液b采用抽滤方式进行固液分离，滤纸的孔径为9μm。

6.根据权利要求2所述的一种镍铁水滑石电极材料去除亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于，所述步骤(4)中粉末d置于80～90℃真空烘箱中反应24～30h。

7.根据权利要求2所述的一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，其特征在于，所述步骤(5)中粘结剂溶液为羧甲基纤维素钠，粘结剂溶液的浓度为25～30g/l。

技术总结
本发明公开一种电催化降解亚硝胺类消毒副产物的方法，将镍铁水滑石粒子作为第三电极，石墨碳板分别作为工作电极和对电极，无水硫酸钠溶液作为电解质，组装成三维粒子电极体系，通电后分别去除不同的亚硝胺类消毒副产物，本方法清除力强，具有高吸附性；本发明中镍铁水滑石粒子材料的制备方法简单，原料成本低廉，用于去除亚硝胺类消毒副产物，具有高效环保的优点。

技术研发人员：张宏宇,孙丰毅,蒋柱武,马立艳,白雪,第宏成
受保护的技术使用者：福建理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12