地下水に含まれる硝酸塩の電気化学的分解除去

电化学去除地下水中的硝酸盐

• 批准号: 04202221
• 负责人: 朝倉 祝治
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1990
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1990 至 1992
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-04202221/
• 关键词: 硝酸塩; 亜硝酸塩; アンモニウム塩; 地下水; 電気化学的汚染物除去

近年、地下水の硝酸塩による汚染が深刻化している。そのため様々な除去法が提案されているがコスト及び二次的な問題のため未だ実用化されていない。そこで本研究では従来の問題点を解決する手段として電気化学的な手法を検討した。従来、NO_3^-は中性、アルカル性溶液において安定な物質であるが、デバルダ合金はアルカル性溶液中でNO_3^-を速やかに還元する事が知られている。前年度は、この反応過程の解析を行い、銅がカソード反応材料として有効である事を見いだした。そこで銅を電極として中性溶液中においてNO_3^-のカソード還元を試みたところ、銅が優れた電極触媒能を有し、-1.2VvsSHEより卑な電位領域ではほぼ100%NH_4^+が生成することが明かとなった。本年度は反応機構に関してさらに詳細な検討を行った。その結果、中性溶液におけるNO_3^-の還元過程には、電気化学的にNO_2^-に還元される過程と水素発生に伴って電極上で生成した原子状水素によってNO_2^-を経ずにNH_4^+に直接還元される過程の二つが存在することが分かった。原子状水素によるNO_3^-の還元反応の速度定数の値は-1.2VvsSHEにおいて、電気化学的な過程の約10倍の値であり、高効率でNH_4^+が生成するのはこれに起因する。また応用研究としてより安価な還元手法である粉末金属を用いた方法を検討した。本研究では、銅担持鉄粉を考案し、その反応性を調べたところ電解法と同様に中性溶液中においてNO_3^-を速やかにNH_4^+まで還元できることが明かとなった。このときの還元コストは1円/kg(N-NO_3^-)と非常に安価であった。以上、検討を行った方法はいずれも還元生成物であるNH_4^+の除去が必要となる。しかしNO_3^-のN_2への還元反応に比べ、NH_4^+のN_2への酸化反応は多くの研究者によって見いだされており、今後有効な電極触媒或いは触媒が開発される可能性が高い。これが実現すれば銅担持鉄粉を用いた硝酸イオンの還元プロセスを用いた有効なNO_3^-除去法が確立できると考えられる。

近年来，基于硝酸盐的地下水污染变得更加严重。因此，已经提出了各种删除方法，但是由于成本和次要问题，尚未将其用于实际使用。因此，在这项研究中，将电化学方法作为解决常规问题的一种手段进行了研究。通常，no_3^ - 是中性和碱溶液中的稳定物质，但众所周知，ebarda合金可以在碱溶液中迅速减少no_3^ - 。在上一年，我们分析了这一反应过程，发现铜作为阴极反应材料有效。因此，当尝试使用铜作为电极在中性溶液中减少NO_3^ - 阴极时，发现铜具有出色的电催化能力，而在低于-1.2Vvsshe的潜在区域中产生了几乎100％NH_4^+。今年，我们对反应机制进行了进一步详细的检查。结果，发现在NO_3^的还原过程中存在两个过程：在中性溶液中：电化学上还原为NO_2^ - ，并通过在产生氢的电极上产生的原子氢直接降低至NH_4^+。 NO_3^ - 与原子氢的还原反应的速率常数值约为-1.2VvsShe电化学过程的值的10倍，这是由于NH_4^+的高效率。另外，作为一项应用研究，研究了一种使用粉末状金属的方法，即较便宜的还原方法。在这项研究中，设计了铜支持的铁粉并研究了其反应性，并且发现NO_3^ - 可以在中性溶液中迅速降低至NH_4^+，就像使用电解方法一样。此时还款成本为1日元/千克（N-NO_3^ - ），这很便宜。上面研究的所有方法都需要去除NH_4^+，即还原产品。但是，与NO_3^ - 对N_2的还原反应相比，许多研究人员发现了NH_4^+对N_2的氧化反应，并且很可能将来会开发有效的电催化剂或催化剂。如果实现这一目标，则认为可以使用硝酸盐离子使用铜支持的铁粉进行有效的NO_3^ - 去除方法。