水环境中硝酸根离子的特性分析

2021-01-16丁浩安徽省城建设计研究总院股份有限公司

环球市场 2021年10期

丁浩安徽省城建设计研究总院股份有限公司

受持续增长的氨氮化肥用量、大量排放的工业污染物、处理不当的生活污水影响，地下水及地表水硝酸盐浓度均不断提升，严重的水污染问题因此出现。为设法实现对水环境中硝酸根离子的催化利用，正是本文研究的目标所在。

一、水环境中硝酸根离子的特性分析

（一）强氧化性

水环境中硝酸根离子具备强氧化性特性，这种氧化性会随环境pH 与硝酸根离子浓度发生变化，而结合相关研究可以发现，具备强氧化性能的硝酸根离子能够影响铝箔直流电蚀电极反应的具体过程，阴极受此影响能够更快获得电子，电子的转移也能够同时加快，阳极铝箔将拥有更快的反应效率，隧道孔生长也将随之促进。此外，酸性条件下硝酸根离子的强氧化性在修饰活性炭材料表面方面也能够发挥积极作用，活性炭吸附能力可有效增强[1]。

（二）高溶解性

水体的硝酸根离子主要存在形式为硝酸盐，水中硝酸盐稳定的性质和高溶解度使得其难以去除。硝酸根离子和硝酸在地表水体及地下水中会导致水体酸化，生物量受此影响会出现显著下降。由于水体富营养化会因氮出现，溶解氧浓度的降低会导致水体对人类健康造成负面影响，如引发人体血液供氧问题，癌症的发生概率也可能提升。受化肥大量使用、工业和生活污水过度排放、随意堆放畜禽粪便的影响，近年来地表淡水、地下水、海水的硝酸盐浓度均不断提升。

（三）光化学活性

硝酸根离子在天然水域中能够通过光照激发形成羟基自由基、原子态氧、NO2、亚硝酸盐。有机物会因羟基自由基氧化，硝酸盐光污染效应也会随之引发。NO2能够与有机化合物发生作用，也能够产生硝酸盐，有机化合物诱变也可能导致亚硝基衍生物产生。化学反应机理相似的硝酸盐和亚硝酸盐均能够导致羟基自由基产生，半导体氧化物、硝酸盐等物资可能导致NO2产生，硝化过程会因此强化。

二、水环境中硝酸根离子的利用路径

（一）硝酸根离子的处理

对于水环境中硝酸根离子来说，现有方法主要包括生物法、物理法、催化转化法，其中选择性差、成本高的物理法仅能够实现硝酸盐的浓缩或转移，离子交换法、有膜分离法均属于典型的物理法。生物法存在较慢的硝酸盐脱除过程，且会导致大量生物污泥产生，对后续处理存在较高要求。催化转化法可在地下水的自然水温和水质条件下开展，同时不会造成环境污染，因此通过该方法处理硝酸根离子属于近年来的研究热点。围绕水环境中硝酸根离子的催化转化法研究近年来大量涌现，光催化还原、电化学催化均属于其中代表。以电化学催化为例，相关研究主要通过电极改性实现硝酸根离子的还原，石墨阴极通过碳纳米管修饰在硝态氮去除中也有着出色表现，阴极电位负移的过程中硝酸根离子去除率也会随之提升。光催化还原在经济性方面的优势明显，多相催化还原便属于其中典型，还原剂选择氢气的光催化还原能够较好实现脱氮目标。结合相关研究能够了解到。可见光照射下生成的光生电子在转移过程中能够提高硝酸根离子的还原效率，但受到硝酸根离子还原选择性和活性影响，其对还原材料存在特定比例要求，这种选择性要求属于硝酸根离子处理研究的热点[2]。

（二）硝酸根离子的应用

近年来国内外学界围绕硝酸根离子应用开展了大量理论研究和实践探索，直接光降解、诱导光降解反应均属于其中代表。所谓直接光降解，指的是利用硝酸根离子具备的光化学活性，光照射后硝酸根离子能够生成羟基自由基和氮氧自由基，其中氧化活性较高的羟基自由基能够快速与多数有机物发生反应，迁移转化有机污染物可由此实现，如芳香族有机物的氧化、硝化。结合相关研究能够发现，阳光照射下硝酸根离子的光化学活性对碳和氮的自然循环造成了极大影响，硝酸盐与芳香族有机化合物的氧化反应也能够深远影响环境保护及有机污染物的去除。围绕水环境中硝酸根离子发生的基本光化学反应进行分析能够发现，200～310nm 为硝酸根离子的特征吸收峰，紫外光辐射下的硝酸根离子能够光解为羟基自由基和氮氧化物等活性物质，硝酸根离子浓度、辐射光波长强度、水体pH 值、有机污染物浓度均会影响光解效果；所谓诱导光降解反应，指的是硝酸根离子激发态引发的光化学反应，如硝化、氧化、亚硝化等，氧化属于主要反应类型。亚硝酸根离子具备的诱导性质与硝酸根离子较为相似，其同时属于羟基自由基的发生剂和淬灭剂。对于环境保护和去除有机污染物来说，硝酸盐与芳香族有机化合物的氧化反应能够带来深远影响。硝酸盐在自然环境中的浓度高于亚硝酸盐，但亚硝酸盐具备较高的光解量子产率和光子摩尔吸收率，这使得其属于强竞争力的典型光反应剂。硝酸盐的光化学反应属于亚硝酸盐的环境来源之一，但作为光活性化合物的亚硝酸盐本身说明其光化学反应性无法被解离，虽然在辐射吸收、光解量子产率、浓度值方面能够发现二者对羟基自由基生成的贡献值，但在去除污染物的作用方面，由于有机污染物、碳酸氢根离子、天然有机物与羟基自由基反应，这种作用被削弱。总之，环境因素会影响硝酸根溶液中污染物的光催化反应，具体涉及自由基淬灭剂、溶解氧、硝酸根离子浓度高低、溶液pH 值、有机污染物的浓度与结构等。硝酸根离子在酸性条件下具备更高效率的光催化反应，羟基自由基的氧化反应在有氧存在时能够产生更多羟基自由基，有机物质在大量羟基自由基支持下能够更快降解，小分子无毒物质将由此通过大分子有机物转换得到。如羟基自由基淬灭剂存在于体系中，硝酸根离子光催化体系降解有机物质的效率和效果会受到较为明显的制约。