[发明专利]Cu/无定型Al2

说明书

本发明公开了Cu/无定型Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;催化剂及其制备方法和应用，单质Cu负载于无定型Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;上，与其形成强金属‑载体相互作用；界面处形成Cu‑O‑Al键，使Cu颗粒稳定附着，且处于缺电子状态。缺电子Cu通常具有上移的d band中心，与硝酸盐氮及其中间产物的结合力更强，能有效提升电催化还原硝酸根的活性和氨的选择性，相较与CuO其活性和氨的选择性有明显提升，产氨效果更好。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及缺电子单质Cu的CuAl-LDO催化剂，还涉及该催化剂的制备方法和应用。

背景技术

硝酸盐是地表水和地下水中常见污染物。硝酸盐的污染主要是由于人类活动引起的，如化石燃料的燃烧、富镍肥料的过度使用以及废水的排放等。水中高浓度的硝酸盐可引起水体富营养化，降低水生生物可利用氧，破坏水生生态系统。此外，人体中的硝酸盐可被胃肠道微生物还原为亚硝酸盐，引起肝脏损伤、高铁血红蛋白血症(也被称为“蓝婴综合征”)，甚至致癌。因此，到目前为止，采用离子交换、电解、生物反硝化和催化还原等多种方法来去除水中的硝酸盐。然而，采用物理化学过程只是对硝酸盐进行分离和浓缩，而不是完全破坏硝酸盐，会产生大量二次卤素废物，需进行后处理；采用生物反硝化，需监测不间断、产生污泥量大、耗时长等缺点限制了其广泛应用。其中，电催化还原硝酸根(NRR)，因其具有效率高、反应条件温和、维护少、无污泥产生等优点，是一种很有前景的替代方法。更重要的是，它可以通过收集氨(NH₃)来回收氮资源，氨是全球最有价值的化学原料之一，在化肥、制药和染料生产中有很大的需求。

电催化还原硝酸根技术中催化剂材料是研究重点。其中，金属铜(Cu)因其低成本和高选择性产生NH₃而一直是NRR研究的重点，但单个铜通常需要较大的过电位才能引发NRR，并且在反应过程会有亚硝氮的累积。因此，有必要提供一种降低能耗，提高Cu的催化活性，需改善NRR中Cu性能的电催化还原硝酸根方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供Cu/无定型Al₂O₃催化剂；本发明的目的之二在于提供所述Cu/无定型Al₂O₃催化剂的制备方法；本发明的目的之三在于提供所述Cu/无定型Al₂O₃催化剂在电催化还原硝酸根中的应用；本发明的目的之四在于提供利用Cu/无定型Al₂O₃催化剂电催化还原硝酸根的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、Cu/无定型Al₂O₃催化剂，所述催化剂由单质Cu负载于无定型Al₂O₃，界面处形成Cu-O-Al键，Cu颗粒稳定附着且处于缺电子状态。

优选的，所述Cu和Al₂O₃载体的质量比为0.68。

4、所述Cu/无定型Al₂O₃催化剂的制备方法，包括如下步骤：

1)水热法合成的CuAl双金属氢氧化物；

2)将步骤1)的CuAl双金属氢氧化物煅烧成具有层状结构的CuAl双金属氧化物；

3)将步骤2)得到的CuAl双金属氧化物在施加负电压下还原使CuAl双金属氧化物中的Cu氧化物还原为单质Cu，得到Cu/无定型Al₂O₃催化剂。