电催化反硝化处理水中硝酸盐的研究进展
电催化还原水中NO3^-的研究进展
离子 （ＮＯ３－）是 有 氧 环 境 中 最 稳 定 的 含 氮 化 合 物形式［１］，随着人类生活水平的提高，现代工、农业 的迅猛发展，使得自然环境中的 ＮＯ３－ 已逐渐超过其 净化能力。当 ＮＯ３－ 超过一定浓度，将会使人类健康 受到严 重 危 害：首 先 ＮＯ３－ 可 在 人 体 内 被 还 原 为 ＮＯ２－，与血红蛋白相结合后使血红蛋白无法携带氧 气，引发窒息现象；同时 ＮＯ２－ 在胃中与氨氮结合之 后形成具有致癌性的亚硝基胺及其化合物［２］，引发
第 ４７卷第 ２期 ２０１８年 ２月
应 用 化 工 ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙ
Ｖｏｌ．４７Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１８
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专论与综述
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电催化还原水中 ＮＯ３－的研究进展
兰孟娜，张玉玲，姚行艳，吕晓书，张贤明
（废油资源化技术与装备教育部工程研究中心 重庆工商大学，重庆 ４０００６７）
收稿日期：２０１７０６２８ 修改稿日期：２０１７０７２５ 基金项目：国家自然科学基金面上项目（２１６７６０３７）；重庆市教委科学技术研究项目（ＫＪ１５００６２７）；重庆工商大学开放课题
（１５５６０２８）；重庆市应用技术开发重点项目（ｃｓｔｃ２０１４ｙｙｋｆＢ９０００２）；重庆市教委科技资助重点项目（ＫＪＺＨ１４２１０） 作者简介：兰孟娜（１９９２－），女（回族），重庆人，重庆工商大学硕士研究生，师从张贤明教授，研究方向为电催化还原氢化
脱除水中含氯有机物 ／硝酸根。电话：１８６８０７１２９０４，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌａｎ＿ｍｅｎｇｎａ＠１６３．ｃｏｍ 通讯联系人：张贤明，男，博士，教授，研究方向为废油资源化技术的研究。电话：１３９０８３８１７８８，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｘｍ２１５＠１２６．ｃｏｍ３４０Fra bibliotek应用化工
电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展
DOI ：10.19965/ki.iwt.2022-1075第 44 卷第 1 期2024年 1 月Vol.44 No.1Jan.，2024工业水处理Industrial Water Treatment 电催化还原废水中硝酸盐制氨的研究进展赵慧1，王富东2，钱光磊1，雷太平1，任春燕1，谢陈鑫1（1.中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131；2.广东石化有限责任公司，广东揭阳 515200）[ 摘要 ] 硝酸盐作为地表和地下水中常见的污染物，对环境造成严重污染，电催化还原硝酸盐制氨可促进水体中的氮循环。
综述了用于硝酸盐还原制氨的过渡金属、贵金属及非金属催化剂的研究进展，对该领域的大量实例进行了收集，分析了电极材料具有高效率的原因，综述了电催化还原硝酸盐制氨的反应机理、电极制备方式、操作条件、硝酸盐去除率及选择性；对电极电势、硝酸盐浓度、pH 、电流密度、支持电解质等影响因素进行了分析，比较了电催化还原硝酸盐制氨的反应器形式及生产出产品氨的生产工艺，并对实例中的生产能耗进行了对比；最后，对该领域的挑战和前景进行了展望。
［关键词］ 电催化还原；硝酸盐；废水处理［中图分类号］ X703 ［文献标识码］A ［文章编号］ 1005-829X （2024）01-0060-13Research progress of electrocatalytic reduction ofnitrate in wastewater to ammoniaZHAO Hui 1，WANG Fudong 2，QIAN Guanglei 1，LEI Taiping 1，REN Chunyan 1，XIE Chenxin 1（1.CenerTech Chemical Research and Design Institute Co.， L td.， T ianjin 300131，China ；2.Guangdong Petrochemical Co.， L td.， J ieyang 515200，China ）Abstract ：As a common pollutant in surface and groundwater ，nitrate causes serious pollution to the environment. Electrocatalytic reduction of nitrate to ammonia promotes nitrogen cycle in water. The research progress of transition metal ，noble metal and non -metal catalysts for nitrate reduction to ammonia was reviewed. A large number of cases in this field were collected ，and the reasons for the high efficiency of electrode materials were analyzed. The reactionmechanism ，electrode preparation method ，operating conditions ，nitrate removal rate and selectivity of electrocata⁃lytic reduction of nitrate to ammonia were reviewed. The influencing factors such as electrode potential ，nitrate con⁃centration ，pH ，current density and supporting electrolyte were analyzed. The reactor form of electrocatalytic reduc⁃tion of nitrate to ammonia and the production process of product ammonia were compared. The production energyconsumption in the example was compared. Finally ，the challenges and prospects in this field were discussed.Key words ：electrocatalytic reduction ；nitrate ；wastewater treatment氮作为肥料中的一种营养元素被广泛应用并以硝酸铵的形式存在，其中NH 4+和NO 3-均来自于Haber -Bosch 工艺生产的氨〔1〕。
电渗析法技术去除水体中硝酸盐的研究进展
报告内容
• 硝酸盐污染现状
饮用水标准介绍 硝酸盐的危害 硝酸盐污染来源 硝酸盐污染现状
-- 国内 -- 国外
• 电渗析法去除水体中 硝酸盐研究进展
电渗析法介绍
水体中硝酸盐的去除方法
电渗析法去除水体中硝酸盐 的的研究进展
电渗析法与反渗透能量消耗 对比
毒理指标（无机）：21项 毒理指标（有机）：53项
微生物指标：6项 消毒项：6项
一般理化指标：20项
修改后的部分指标标准
混浊度：1NTU 砷：0.01mg/L 镉 ：0.005mg/L 铅：0.01mg/L 硝酸盐（氮）：10mg/L 四氯化碳：2μg/L
分为常规与非常规指标
…….
饮用水标准介绍
中国 WHO
注：红点为硝酸盐超 标的水体样本
摘自：Australia State of the Environment Report 2001
近年来中国水资源无机盐污染情况
中国部 分地区 硝酸盐 超标情
况
川中丘陵54.5% 地下水超标
吉林市地下水超 标20%
环渤海七省市 34.1%地下水超标
杭州市城区40.5% 井水超标
而操作费用为$0.50/m3,比电渗析过程的费用要稍高
小结
• 水体中硝酸盐的严重污染已经影响了人们的生活健康，特别在农业地 区，由于肥料的过度使用使得地下水的硝酸盐含量在不断增加。
• 电渗析法是一种利用电场作为驱动力来分离电解质离子的新型分离技 术，近年来的研究表明，电渗析法能够有效地降低水中的硝酸根离子， 并且其操作费用相对较低，设备简单，特别适合作为中小型项目的水 处理过程。
三，物理化学法
电催化硝酸盐还原研究进展
电催化硝酸盐还原研究进展
向虹宇;楚英豪
【期刊名称】《当代化工研究》
【年(卷),期】2024()7
【摘要】随着工农业生产的发展,水体中硝酸盐与日俱增,给生态环境和人体健康造成严重威胁。
电催化硝酸盐还原技术具有设备尺寸小、易于操作、绿色高效等特点。
同时耦合水电等清洁能源驱动,符合“碳达峰碳中和”理念,是一种极具发展前景的
水处理技术。
本文重点介绍电催化硝酸盐还原的反应机制和路径,围绕单金属、复
合金属、非金属催化剂的研究实例,总结当前催化剂的设计与优化,同时探讨其还原
效率的影响因素,为研究高活性及稳定性的催化材料提供理论依据。
【总页数】4页(P40-43)
【作者】向虹宇;楚英豪
【作者单位】四川大学建筑与环境学院
【正文语种】中文
【中图分类】O645.1
【相关文献】
1.电催化还原处理硝酸盐的电极材料研究进展
2.基于铂系金属电极的电催化还原硝酸盐研究进展
3.电催化法还原硝酸盐废水的研究进展
4.电催化还原废水中硝酸盐
制氨的研究进展5.铜基材料电催化还原硝酸盐制氨研究进展
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电去离子电催化一体技术去除地下水硝酸盐的研究
电去离子电催化一体技术去除地下水硝酸盐的研究电去离子电催化一体技术去除地下水硝酸盐的研究地下水是一种重要的水资源，但由于人类活动和自然因素的影响，地下水中常常出现硝酸盐的超标问题。
硝酸盐的超标不仅对地下水的利用造成了影响，还会对人体健康产生一定的危害。
因此，需要探索出一种高效、低成本的方法去除地下水中的硝酸盐。
电去离子技术是一种常用的地下水处理方法，可以有效去除硫酸盐、氯化物和硅酸盐等物质。
然而，目前的电去离子技术在去除硝酸盐方面效果不佳，往往需要耗费大量的能源。
电催化技术则是一种新兴的水处理技术，它通过在阳极上形成高氧化还原电位，从而实现高效的氧化反应。
将电去离子和电催化两种技术结合起来，可以通过去离子过程去除硝酸根离子，同时通过电催化过程将硝酸离子氧化为无害的氮气。
在电去离子电催化一体技术中，一个关键问题是如何选择合适的电极材料。
电极材料的选择需要兼顾电催化活性和去离子效果。
对于阳极材料，金属氧化物一般具有较好的催化活性，例如RuO2、IrO2和TiO2等。
而对于阴极材料，活性炭是一种常用的选择，因为活性炭能够有效吸附硝酸根离子，并加强反应动力学。
此外，电池的设计也需要考虑废液循环以及电流密度的控制，以提高反应效率。
在实验中，我们选择了RuO2和活性炭作为阳极和阴极材料，对地下水中的硝酸盐进行处理。
结果显示，该电去离子电催化一体技术能够快速去除地下水中的硝酸盐，并且去除率高达90%以上。
此外，该技术还能够将硝酸离子氧化为无害的氮气。
然而，也需要注意到该技术还存在一些问题。
首先，电催化过程中产生的氧气可能会降低介质的pH值，导致地下水中其他物质的溶解度增加。
其次，电去离子电催化一体技术需要消耗大量的电能，造成能源浪费。
综上所述，电去离子电催化一体技术是一种有潜力的地下水硝酸盐去除技术。
尽管还存在一定的问题，但通过优化电极材料的选择、电池的设计以及废液循环等措施，可以提高其效率并降低成本，使之成为一种可行的地下水处理方法。
电化学激励形成水处理中硝酸盐的分解
电化学激励形成水处理中硝酸盐的分解随着工业的快速发展，水资源日益稀缺，同时也受到污染的威胁。
水是人类赖以生存的基本需求，但是现在许多地方的水质已经受到了污染，其中硝酸盐的超标问题十分突出。
硝酸盐对人体健康有一定的危害，如果长期饮用超标的水，会对人体肝肾等器官造成损害。
因此，对水中的硝酸盐进行有效的处理是非常必要的。
在这方面，电化学技术的应用已经被广泛研究，并且已经取得了良好的应用效果。
本文将阐述电化学激励形成水处理中硝酸盐的分解，同时探讨其技术实现的原理和优缺点。
一、电化学技术处理硝酸盐的优势电化学技术是指利用电化学反应的原理进行处理污染物的技术。
在水处理中，电化学反应常用于水中硝酸盐的处理。
相比传统的处理方法，电化学技术有以下优势：1、效果好在一定的条件下，电化学反应可以快速达到硝酸盐的降解，同时可以保证处理效果的稳定性和可靠性。
实验结果表明，电化学处理只需要短短的几分钟就可以达到较好的处理效果。
2、操作方便电化学反应不需要添加其他的化学药剂，因此具有操作简单、易于控制的优势。
与传统的处理技术相比，电化学技术更加环保无污染，符合可持续发展的要求。
3、适用范围广电化学技术可以处理各种水源中的硝酸盐，并且可以灵活地进行参数调整以适应不同的处理要求。
另外，电化学技术还可以适用于工业废水、农业面源污染的治理等领域。
二、电化学处理硝酸盐的原理电化学反应的基本原理是利用外加电压来推动化学反应进行。
在水处理中，硝酸盐酸化的反应式如下：HNO3 + H2O = H3O+ + NO3-这个反应是可逆的，而电化学反应的作用是改变反应方向，使得硝酸盐被还原并分解为氮气和水。
电化学反应的分解式如下：2 NO3- + 6 H3O+ + 6 e- → N2 + 9 H2O可以看到，在电化学反应的作用下，硝酸盐可以被还原，从而分解为不具有污染性的氮气和水。
因此，电化学技术可以起到很好的处理效果。
三、电化学处理硝酸盐的步骤电化学技术的处理步骤包括预处理、反应和后处理三个步骤。
cuo co异质结构电催化硝酸盐还原
电催化硝酸盐还原是一项关键的研究课题，它在环境保护和能源领域具有重要意义。
异质结构电催化剂是当前研究的热点之一，其具有高效、低成本、稳定性好等特点，因此备受关注。
本文将介绍cuo co异质结构电催化硝酸盐还原的相关研究进展，并探讨其在环境保护和能源领域的应用前景。
一、cuo co异质结构电催化硝酸盐还原的研究现状目前，针对cuo co异质结构电催化硝酸盐还原的研究已经取得了一定进展。
研究表明，cuo co异质结构电催化剂具有优异的电催化活性和稳定性，能够高效地将硝酸盐还原为无害的氮气和水。
cuo co异质结构电催化剂的制备方法也得到了不断改进和优化，使其在催化还原硝酸盐的过程中表现出更佳的性能。
二、cuo co异质结构电催化硝酸盐还原的机理探讨关于cuo co异质结构电催化硝酸盐还原的机理，学者们进行了深入的探讨和研究。
研究发现，cuo co异质结构电催化剂在催化硝酸盐还原的过程中，主要通过吸附、催化活化和电子转移等步骤实现反应。
其中，cuo和co两者之间的协同效应对催化效果起到了至关重要的作用，使其具有卓越的催化性能。
三、cuo co异质结构电催化硝酸盐还原在环境保护中的应用前景cuo co异质结构电催化硝酸盐还原在环境保护中具有广阔的应用前景。
由于硝酸盐是一种常见的污染物，存在于土壤、地下水和工业废水中，对环境和人体健康造成了严重的危害。
利用cuo co异质结构电催化剂高效降解硝酸盐成为一种重要的净化手段。
未来，cuo co异质结构电催化硝酸盐还原技术有望在环境污染治理领域得到广泛应用。
四、cuo co异质结构电催化硝酸盐还原在能源领域中的应用前景除了在环境保护领域，cuo co异质结构电催化硝酸盐还原还具有重要的能源应用前景。
在传统的硝酸盐还原反应中，通常需要消耗大量的能源，而cuo co异质结构电催化剂能够高效地催化硝酸盐还原，降低了能源消耗，具有节能环保的特点。
催化硝酸盐还原还能产生一定量的氮气，为氮气能源的开发利用提供了新的途径。
催化还原法脱除水中硝酸盐的研究
催化还原法脱除水中硝酸盐的研究作者：彭勃何绪文来源：《科协论坛·下半月》2012年第11期摘要：目前，我国水体中的硝酸盐污染越来越严重，硝酸盐会引起婴儿高铁血红蛋白血症，还会生成具有致癌作用的亚硝胺类物质。
因此，急切需要开发去除水体中硝酸盐的方法，而化学催化还原法是目前最有前途的一种方法。
从催化还原法去除硝酸盐的原理、研究进展和存在问题等几方面进行了阐述。
关键词：硝酸盐催化还原法研究进展中图分类号：O643 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）011-060-021 前言随着人口增长和经济快速发展，人类生产和生活过程中产生大量含氮污染物，如氮素化肥的使用、污水灌溉、含氮工业废水的渗漏、生活污水和大气沉降过程中都会含有大量的含氮物质，打破了自然界中氮元素的正常循环，使自然界各种水体硝酸盐大大超标。
硝酸盐氮本身易被生物体吸收，也易排泄，不会构成直接危害，但它在人体低氧的环境中会还原成亚硝酸盐氮，亚硝酸盐会使血液中正常的血红蛋白氧化，不具有输送氧能力，使身体出现头晕、恶心、呼吸困难、乏力、腹泻等症状，甚至死亡。
另外，水体中的硝酸盐和亚硝酸盐还可以与胺、酰胺、氰胺类含氮有机物反应，生成具有致癌作用的亚硝胺基类物质。
1956年，我国华东地区就有了地下水被硝酸盐污染的报道。
另外，1995年张维理、田哲旭等对我国北方14个县市的地下水和饮用水情况进行调查，发现北方一些农村和城镇的地下水和饮用硝酸盐污染情况严重，主要是由于过度使用氮肥造成的。
2000年对太湖的水质情况调查发现，太湖中硝酸盐的污染情况严重，已对人类的身体健康情况构成了严重的威胁。
鉴于水体中硝酸盐污染的情况日益严峻，因此必须采取有效措施来控制、防治水体中硝酸盐的污染。
目前去除水体中硝酸盐氮的方法大致可以分为物理法、生物法和化学法，其中化学催化方法去除硝酸盐技术反应速度快，能适应不同反应条件，易于运行管理。
2 催化还原法去除水体中硝酸盐的原理水体中硝酸盐氮主要通过催化加氢来去除的，其反应机理主要是由Prusse等人提出的双金属催化还原机理。
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环境保护与循环经济
盐体系的核心部分， 是电催化反硝化研究的关键 。 不同阴极材料的导电性 、 电催化活性 、 稳定性和耐 腐蚀性各不相同，电催化反硝化的最后产物组成 很大程度上取决于阴极材料本身 。 2．1
非金属电极
NO3-
H- poisoning - 0.6 V - 0.9 V - 1.1 V - 1.3 V - 1.5 V
中图分类号： X703 文献标识码： A 文章编号： 1674－1021 （2016 ） 1工业废水的
不合理排放，水体中硝酸盐污染已成为全球性的 环境污染问题［1］。 近 20 年来， 我国化肥的亩使用 量已经超过世界平均亩使用量的一倍多［2］。 水利 部公开的 2016 年 1 月 《地下水动态月报》 显示， 全 国地下水普遍 “ 水质较差 ” ， 超八成地下水遭受污 染威胁， 主要污染指标中 “ 三氮 ” 污染情况较重［3］。 受硝酸盐污染后的地下水会直接或间接地危害人 体健康， 硝酸盐本身毒性很低， 进入人体之后可被 还原为亚硝酸盐， 毒性大大增强， 还可形成化学稳 定性强 、 致癌和致突变的化合物［4］。 世界各国对饮 用水中硝酸盐含量规定了限值， 以 N 计， 世界卫生 组织规定不超过 11 mg / L［5］， 我国饮用水卫生标准 规定低于 10 mg / L［6］。 硝酸根在溶液中与一般的金 属离子不能形成难溶的沉淀，难以通过化学沉淀
2
4eNH2OH - NH3 2e 4e-
H2 HNHH
2
阴极材料研究进展
电催化阴极作为电催化反硝化还原水中硝酸
收稿日期： 2016－11－20； 修订日期： 2016-12-25。 作者简介： 李丹， 女， 1991 年生， 硕士研究生在读， 主要从事环境保护相关研究。 基金项目 ：辽宁环境科研教育 “123 工程” （CEPF2014- 123- 2- 4 ） 。
NO2- 6e-
ads
NO3-ods
des
NO2-ods 2e-
非金属电极因其具有高熔点 、 高硬度 、 高耐磨 性和良好的耐腐蚀性等优势，以及类似金属的性 质［11］， 受到研究者的广泛关注， 被用作电催化反硝 化的阴极材料 。Dash 等［12］采用石墨作为电催化电 研究发现在电 极材料， 用于处理地下水中 NO3－N ， 流密度为 140 mA / cm 的条件下电解 300 mL 的硝
The nitrate can be converted to harmless nitrogen returned to the atmosphere． The electrocatalytic denitrification is a promising alternative to biological denitrification for the removal of nitrate from polluted water． The research progress of the electrocatalytic denitrification technology was discussed． The electrocatalytic cathodes and the influences of electrocatalytic denitrification technology were stated． The difficulties in the large scale application of the electro－ catalytic denitrification technology were suggested． The noteworthy direction of electrocatalytic denitrification tech－ nology and the application of eletrocatalytic cathode were prospected． Key words： electrocatalytic denitrification； cathode； nitrate
等技术去除，近年来很多研究者试图将硝酸盐转 化为无害的氮气而去除 。 目前硝酸盐的主要脱除 技术有生物反硝化法 、 物理法 、 化学还原脱氮法， ［7-9］ 但这些方法由于自身的局限性 ， 难以达到环境 保护的要求 。电催化反硝化利用电子作为还原剂， 结合催化剂， 选择性地将 NO3－还原成 N2。 其反应器 简单， 自动化程度高， 反应具有选择性和安全性， 无需外加还原剂， 不引用其他化学试剂， 避免造成 二次污染， 被称为 “ 环境友好 ” 型水处理技术［10］， 近 年来国内外很多研究者利用电催化阴极电催化反 硝化处理水中硝酸盐，目前电催化反硝化存在 3 个基本问题： （1） 反应机理和动力学研究； （2） 反应 产物中 N2 的选择性； （3）电解条件 对 催 化活性和 选择性的重要影响 。
应用技术
Applied Technology
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电催化反硝化处理水中硝酸盐的研究进展
李丹 梁吉艳 崔丽 黄开拓 高陆璐
（沈阳工业大学， 辽宁沈阳 110870 ）
摘 要： 地下水等水体中硝酸盐含量不断增加， 对人类健康造成了严重威胁。电催化反硝化可将硝酸盐转化为无害的氮气 返回到大气中， 是一种很有前途的替代生物反硝化去除水中硝酸盐的方法。 综述了电催化反硝化技术的研究进展， 阐述了电催化 阴极材料和电催化反硝化影响因素两个方面的内容， 提出了电催化反硝化技术在实现大规模应用过程中遇到的瓶颈， 展望了今 后电催化反硝化技术研究值得关注的方向。 关键词： 电催化反硝化； 阴极材料； 硝酸盐 Abstract：Levels of nitrate in groundwater and other water bodies are increasing ，with seriously health－threatening．