硝酸盐氮的主要应用

背景及概述^[1]

近年来随着工农业及经济的快速发展，水污染也越来越严重。硝酸盐氮已成为进入水体最常见的污染物之一，且污染具有日益恶化的趋势，饮用水中硝酸盐浓度的提高会对人类的健康造成严重的危害，因此水体中硝酸盐氮污染的去除研究已经成为全世界关注的热点环境问题。水体中硝酸盐氮污染修复技术根据修复原理主要分三类：物理化学修复技术、生物修复技术及化学还原技术。物理方法主要有电渗析、反渗透、蒸馏法、离子交换法等，由于物理化学方法去除水中的硝酸盐氮所需费用过高，且去除不具有选择性，去除不彻底，只是发生了污染物的转移或浓缩。

在彻底消除水体中硝酸盐氮污染和降低脱硝成本的两个方面，生物反硝化方法都是目前已投入实用的的方法，具有高效低耗特点，但生物方法仍有如下难以克服的缺点：会导致出水中含有细菌和残留有机物，必须进行后续处理工艺才能保证饮用水质的安全性；比较而言，化学脱氮方法优于常用的生化法及物理法，与物理法、生化法比较，化学脱氮方法无二次污染、反应速度快、占地面积小，因反应在常温常压下就能进行，对硝酸盐氮去除率比生化法效率高出许多倍。其中，以铁还原法为代表的活泼金属还原法由于还原剂价格低廉、反应速度快等原因而受到一些研究者的关注。纳米铁对硝酸盐氮有较高的去除率，但还原产物主要为氨氮，生成率高达90％以上，且初始反应速率不是很高，不能很好的适应高浓度硝酸盐氮去除。此外，按照传统方法，采用纳米铁去除硝酸盐氮的过程中，由于纳米铁具有较强的团聚效应，反应过程中会被部分或完全包覆，导致纳米铁与硝酸盐氮的接触面积显著减小，反应速率降低，反应不彻底。目前的研究均集中于寻找某种催化剂或者修饰方法，来提高纳米铁去除硝酸盐氮的反应速率及降低氨氮生成率。。

应用^[2]

水污染指标之一。水中的硝酸盐是含氮有机物分解氧化的最终产物，用其中含氮量表示即为硝酸盐氮。硝酸盐氮可来自植物分解和含有硝酸盐的地层。如水中只含有硝酸盐氮而不含氨氮及亚硝酸盐氮，说明污染已久，已趋向自净。若同时含有亚硝酸盐氮和氨氮，则表示水体不但过去受到污染，而且最近尚有新的污染。水中若含大量的硝酸盐氮(超过20～30mg/L)，进入体内可被还原成亚硝酸盐，产生变性血红蛋白症。水体中硝酸盐氮常用二磺酸酚比色法和马钱子碱比色法测定。生活饮用水中硝酸盐氮不应超过20mg/L。

去除方法^[1]

去除水体中硝酸盐氮的方法为：

步骤一、制备石墨烯负载纳米铁：在氮气气氛的保护下，将0.75g七水硫酸亚铁和0.015g聚乙二醇-4000完全溶解于100mL脱氧蒸馏水中后，加入0.75g石墨烯混合均匀得到悬浊液，然后在氮气保护且搅拌速率为200r/min的条件下向悬浊液中缓缓滴加20mL浓度为1.0mol/L的硼氢化钾溶液，控制硼氢化钾溶液的滴加速率为1.0mL/min，滴加完毕后继续以120r/min的搅拌速率搅拌20min，之后在氮气气氛的保护下进行过滤，并用脱氧蒸馏水洗涤三次，再用无水乙醇洗涤三次，得到石墨烯负载纳米铁，保存在用氮气保护的干燥器中；所述石墨烯负载纳米铁中石墨烯与纳米铁的质量比为5∶1；

步骤二、采用石墨烯负载纳米铁去除水体中的硝酸盐氮：将步骤一中所述石墨烯负载纳米铁和待处理水体按固液比为1∶150加入反应瓶中混合均匀，然后将盛装有石墨烯负载纳米铁和待处理水体的反应瓶置于恒温水浴振荡器中，在温度为25℃，振荡频率为60r/min的条件下振荡60min；所述待处理水体中硝酸盐氮的浓度为50mg/L。经处理后的水体中硝酸盐氮的去除率为85％以上。

检测^[3]

目前测定海水中的硝酸盐氮主要采用镉柱还原法，《海洋监测规范》(GB17378.4—2007)将其列为仲裁方法，镉柱还原法测定硝酸盐氮具有灵敏度高、干扰因素少、显色稳定等优点，但该方法步骤繁琐、检测周期长、试剂消耗量大，急需寻找快速简便的替代技术，以应对应急事故等特定情况下的监测。气相分子吸收光谱法作为一种新型的分析手段，已被国家环境保护部定为水质硝酸盐氮测定的行业标准，较成熟地应用于地表水和工业废水中硝酸盐氮的测定。有研究采用GMA3212型气相分子吸收谱仪测定海水中的硝酸盐氮，在常规海水中硝酸盐氮质量浓度范围内(0～4.00mg/L)线性良好(线性相关系数0.9999)，检出限为0.004mg/L，标准溶液平行测定的相对标准偏差小于或等于1.44%，相对误差小于或等于1.33%，实际水样加标回收率为96.0%～102%。通过与国标方法镉柱还原法的比对实验，2种方法在精密度、准确度、实样比对等方面均无显著性差异，测定结果具有良好的一致性。气相分子吸收光谱法具有操作简便、分析快速准确、试剂消耗少、适合批量测定等优点，是值得推介的先进方法。

主要参考资料

[1] CN201410225034.0一种去除水体中硝酸盐氮的方法

[2] 卫生学大辞典

[3] 气相分子吸收光谱法测定海水中的硝酸盐氮