【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及硝酸鹽廢水的電化學處理，具體地說涉及一種原子級分散的銅、鈷雙金屬催化劑的制備方法及其應用。
技術介紹
1、高濃度硝酸鹽廢水的處理是當前水污染控制的主要問題之一，將廢水中的硝酸鹽轉化為具有利用價值的氨是可行的技術路線并成為當下的研究熱點。電化學還原技術可在常溫常壓下操作、控制極其簡便、無需額外加入還原藥劑，其在還原硝酸鹽制氨領域具有廣闊的應用前景。由于銅(cu)材料的導電性良好、耐腐蝕性強，且銅元素對硝酸根的吸附能小于其對氫的吸附能，即銅表面很難發生析氫副反應，從而提高了銅對硝酸鹽的還原效率，使銅成為硝酸鹽電化學還原制氨領域應用廣泛的金屬元素。但單金屬銅在電還原硝酸鹽過程中硝酸鹽去除率不高且產生較多的亞硝酸鹽有毒副產物，雙金屬材料具有優異的電化學還原硝酸鹽制氨性能，是一類可選擇的催化劑。鈷元素(co)對硝酸根的吸附能大于銅元素對硝酸根的吸附能，文獻報道鈷元素對亞硝酸鹽的還原活性較高，因此，鈷元素的加入有望促進副產物亞硝酸鹽的進一步還原，減少副產物的生成。考慮將雙金屬催化劑顆粒減小到原子水平，利用其急劇增大的表面自由能、量子尺寸效應及高度不飽和配位金屬原子位點等優點，構筑原子級分散cu-co雙金屬催化劑，以進一步提高雙金屬催化劑在還原硝酸鹽制氨方面的反應速率和氨氮生成率。
技術實現思路
1、本專利技術構筑原子級分散cu-co雙金屬催化劑，以進一步提高雙金屬催化劑在還原硝酸鹽制氨方面的反應速率和氨氮生成率。
2、(1)采用高溫熱解法以碳、氮(c、n)共配位結構錨
3、(2)該cu-co-n-c催化劑應用于硝酸鹽電還原反應時，能夠實現催化劑結構穩定，有毒副產物亞硝酸鹽顯著減少，有利于硝酸鹽高效轉化及其高選擇性還原為氨氮。
4、具體為：一種原子級分散的銅、鈷雙金屬催化劑，是在n摻雜的c結構上原子級分散錨定有銅原子和鈷原子。該催化劑保持了原有n摻雜c的結構和形貌，銅原子和鈷原子的總負載量為13.78wt.％以上。
5、(2)提供一種原子級分散的銅、鈷雙金屬催化劑的制備方法，包括如下步驟：
6、1)cu前驅體制備方法
7、①將均苯三甲酸溶于體積比為1:1的乙醇和超純水中，充分攪拌至溶解，形成溶液一；
8、②配制含有一水醋酸銅和l-谷氨酸的水溶液，即溶液二；充分混合溶液一與溶液二，連續攪拌，直到產生絮體沉淀，采用抽濾裝置進行抽濾-潤洗-抽濾的反復操作多次，得到的濾餅于真空干燥箱中在60℃的條件下真空干燥過夜。
9、2)co前驅體制備方法
10、①將均苯三甲酸溶于體積比為1:1的乙醇和超純水中，充分攪拌至溶解，形成溶液一；
11、②配制含有六水氯化鈷和l-谷氨酸的水溶液，即溶液二；將溶液一與溶液二混合后充分攪拌，直到產生絮體沉淀，采用抽濾裝置進行抽濾-潤洗-抽濾的反復操作多次，得到的濾餅于真空干燥箱中在60℃的條件下真空干燥過夜。
12、3)高溫熱解
13、將cu前驅體和co前驅體按一定比例混合得到混合物一，將混合物一與二氰二胺進行充分混合和研磨，取一定量混合物于石英舟中，置于真空管式爐中進行熱處理，真空管式爐在加熱前進行三次抽真空及充氮氣的循環操作，熱處理溫度根據不同參數條件而設定，升溫速率為3-5℃/min，達到最高溫度時保溫3h以上，最后在通氮氣的條件下自然降至室溫。
14、4)多余金屬組分去除方法
15、將熱解后的催化劑樣品放入稀鹽酸溶液中充分攪拌，以便去除樣品中多余的金屬單質組分。
16、(3)提供所述原子級分散的銅、鈷雙金屬催化劑在電化學還原硝酸鹽制氨領域中的應用。
17、本專利技術有益效果：
18、(1)本專利技術以高溫熱解法得到了一種c、n共同配位的新型原子級分散cu-co雙金屬催化劑。制備過程中通過兩種金屬鹽分別與碳源的高度配位形成兩種金屬前驅體，直接將兩種金屬前驅體與氮源混合進行一步熱解，相較于先得到載體再負載金屬原子的方法，步驟大大簡化。
19、(2)高溫熱解法制備的原子級分散cu-co雙金屬催化劑具有較高的金屬負載量和較高的穩定性。
20、(3)cu-co-n-c催化劑應用于硝酸鹽電還原反應時，有毒副產物亞硝酸鹽顯著減少，硝酸鹽的轉化速率明顯提高及氨氮選擇性顯著升高。相比于cu-n-c催化劑，co元素的添加使cu-co-n-c催化劑對副產物亞硝酸鹽的生成率降低了88.03％，nh4+-n生成率提高了7.67％。較高濃度no3--n(200mg/l)條件下原子級分散cu-co-n-c催化劑的no3--n去除率比平板cu-co雙金屬電極提高了20.13％，nh4+-n生成率提高了1.2倍，nh4+-n選擇性提高了83.91％。
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1.一種原子級分散的銅、鈷雙金屬催化劑的制備方法，其特征在于：
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于：
3.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(4)稀鹽酸的質量分數4％-10％(優選5％-6％)，浸泡并攪拌4h-8h(優選5-6h)。
4.一種權利要求1-3任一所述的制備方法制備獲得的銅、鈷雙金屬催化劑。
5.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于：
6.一種權利要求4所述的銅、鈷雙金屬催化劑在電化學還原硝酸鹽制氨過程中的應用。
7.按照權利要求6所述的制備方法，其特征在于：
8.按照權利要求6所述的制備方法，其特征在于：
9.按照權利要求6-8任一所述的制備方法，其特征在于：
【技術特征摘要】
1.一種原子級分散的銅、鈷雙金屬催化劑的制備方法，其特征在于：
2.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于：
3.按照權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟(4)稀鹽酸的質量分數4％-10％(優選5％-6％)，浸泡并攪拌4h-8h(優選5-6h)。
4.一種權利要求1-3任一所述的制備方法制備獲得的銅、鈷雙金...
【專利技術屬性】
技術研發人員：請求不公布姓名，請求不公布姓名，請求不公布姓名，請求不公布姓名，請求不公布姓名，
申請(專利權)人：沈陽工大藍金環保產業技術研究院有限公司，
類型：發明
國別省市：
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