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一种Cu/Ti双层纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法
审中-实审

申请号:201510604949.7 申请日:2015-09-21
摘要:一种Cu/Ti双层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、采用以石墨板为阴极,Ti板为阳极,制作Ti纳米电极,再以铜板为阳极,以Ti纳米电极为基底制作的Cu/Ti双层纳米电极为阴极,采用Pt板为阳极,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60~120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;本发明使用以Ti纳米电极为基底制作的Cu/Ti双层纳米电极为阴极,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。
申请人: 清华大学
地址: 100084 北京市海淀区100084信箱82分箱清华大学专利办公室
发明(设计)人: 刘翔 刘芳 李淼
主分类号: C02F1/461(2006.01)I
分类号: C02F1/461(2006.01)I C02F1/58(2006.01)I C02F101/16(2006.01)N C02F103/06(2006.01)N
  • 法律状态
2016-02-24  实质审查的生效IPC(主分类):C02F 1/461申请日:20150921
2016-01-27  公开
注:本法律状态信息仅供参考,即时准确的法律状态信息须到国家知识产权局办理专利登记簿副本。
  • 其他信息
主权项  一种Cu/Ti双层纳米电极高效去除地下水中硝酸盐的方法,其特征在于:采用以石墨板为阴极,Ti板为阳极,制作Ti纳米电极,再以铜板为阳极,以Ti纳米电极为基底制作的Cu/Ti双层纳米电极为阴极,采用Pt板为阳极,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:采用以石墨板为阴极,Ti板为阳极,制作Ti纳米电极,再以铜板为阳极,以Ti纳米电极为基底制作的Cu/Ti双层纳米电极为阴极,采用Pt板为阳极;步骤3:将硝酸盐污染水、阴极Cu/Ti双层纳米电极和阳极Pt板放入电解槽中,阴极和阳极极板间距5~20mm,设定电流在0.2~3.0A条件下,电解60~120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)所述采用以石墨板为阴极,Ti板为阳极,制作Ti纳米电极,再以铜板为阳极,以Ti纳米电极为基底制作的Cu/Ti双层纳米电极的制作方法如下:步骤(1):用100~400目的粗细两种金相砂纸分别打磨Ti板;步骤(2):将打磨好的Ti板,用去离子水超声清洗10~30分钟;步骤(3):将超声清洗后的Ti板吹干待用;步骤(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:采用石墨电极为辅助电极即阴极,采用步骤3吹干后的Ti板为工作电极即阳极,在乙酸溶液中加入占乙酸溶液质量0.01~0.10%的氢氟酸形成的混合液作为电解液,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,即Ti纳米电极;步骤(5):待反应完成后将制作好的Ti纳米电极取出,放入100~250g/l的硫酸铜和60~180g/l硫酸组成的混合溶液中,铜板为阳极,Ti纳米电极为阴极,在设定电流0.01?0.3A的条件下,氧化5?60秒,去离子水超声清洗后,再干燥即得到成品Cu/Ti双层纳米电极;所述在阳极的表面形成微观纳米管结构,其电极表面纳米管形成的原理是:1)形成Ti纳米电极基底:在施加电压的瞬间,阳极表面附近的水电离产生O2?,同时钛快速溶解,阳极电流增大产生大量Ti4+,产生的Ti4+与O2?迅速反应,电解液中的F?在电场的作用下,致使氧化钛阻挡层表面形成不规则的凹痕;随着氧化时间的延长,凹痕逐渐发展成孔核,孔核在场致和化学溶解作用下成为小孔,小孔的密度不断增加,最后均匀分布在Ti极板表面形成有序结构,其反应式为下式(1)—(4);2)形成Cu/Ti双层纳米电极:在直流电源的作用下,电流通向阳极,阳极铜板不断失去电子氧化成金属离子扩散到溶液中(阳极的溶解过程),失去的电子在电源电势的驱动下,向电流反方向运动,通过直流电源富集到阴极上,铜离子在阴极上不断得到电子而还原成金属镀层,其反应式为下式(5);整个过程发生的主要化学反应如下:H2O→2H++O2????(1)Ti?4e→Ti4+???(2)Ti4++2O2?→TiO2???(3)TiO2+6F?+4H+→TiF62?+2H2O???(4)Cu2++2e?→Cu???(5)
公开号  105271479A
公开日  2016-01-27
专利代理机构  西安智大知识产权代理事务所 61215
代理人  贾玉健
颁证日  
优先权  
国际申请  
国际公布  
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