本技术提供了负载铁纳米颗粒自支撑碳基材料及其制备方法和应用,属于去除污水中硝酸盐的电催化剂制备及应用技术领域。本发明所述负载铁纳米颗粒自支撑碳基材料的制备方法包含:提供一种经过酸洗并水浴加热的碳毡;将铁的前驱物和尿素混合于溶剂中,得到含铁盐的混合溶液;将所述碳毡与所述含铁盐的混合溶液进行混合并进行水热反应,得到所述负载铁纳米颗粒自支撑碳基材料。采用本发明提供的负载铁纳米颗粒自支撑碳基材料作为阴极电催化含硝酸盐的废水时有良好去除率和氨氮选择性,在酸性、中性、碱性以及不同初始硝酸盐浓度的条件下,该催化剂均能保持较高的除硝态氮产氨氮效果,具有去除效率高、氨氮选择性好、稳定性强等优点。
背景技术
目前,硝酸盐的处理方法主要有离子交换法、反渗透、电渗析、生物反硝化法等物理、化学和生物处理法,但都存在工艺复杂、成本较高以及会产生二次污染等缺点。近年来,电催化硝酸盐还原法逐渐成为研究的重点,其具有绿色清洁、无需消耗还原剂、反应产物可控、高效成本低的优势。通过电催化剂的合理设计,还可以将污染物硝酸盐转化为氨等有价值的化学品,有望成为高温高压高能耗的哈伯工艺的替代方法。
然而电催化法存在存在多个电子/质子转移步骤导致氨的选择性差的问题,要达到较高的氨产率需要较高的过电势,能耗较大,解决这一问题的关键是电催化剂的设计。在各种电催化剂中,过渡金属具有地壳含量丰富、成本低的优势,其中铁是自然界中存在最广泛的过渡金属元素,其不仅成本低、无毒无害,而且几乎存在于所有固氮酶中作为电子转移过程中的活性中心发挥着重要作用,制备成铁基催化剂在硝酸盐还原中也表现出了高去除效率和选择性。然而,具有天然磁性和高表面能的纳米结构铁基催化剂容易聚集,还存在易氧化、易腐蚀、化学稳定性差等缺点,从而导致活性位点的减少。
实现思路