[发明专利]一种锶系钙钛矿催化阴极的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种锶系钙钛矿催化阴极的制备方法及其应用，包括多孔钛片电极和催化层，所述催化层为多孔钛片电极上原位生成的钙钛矿催化层，所述催化层为SrMO₃，其中M为Cu、Fe、Co中的一种或多种，包括以下步骤：S1：将Sr(NO₃)₂、M(NO₃)₂·6H₂O与一水柠檬酸钠、乙二醇混合，蒸干水分，即为凝胶；S2：对多孔钛片电极进行预处理；S3：将预处理的多孔钛片电极浸泡在凝胶中，直至无气泡产生；S4：将浸泡好的多孔钛片电极烘干、煅烧，在多孔钛片电极表面生成催化层；S5：重复浸泡‑烘干‑煅烧过程，即为SrMO₃催化电极，本发明制备的SrMO₃催化阴极制备方法简单，氨氮选择性高，可用于污水处理中，将硝酸盐氮转化为氨氮，为硝酸盐污水资源化奠定了基础。

技术领域

本发明涉及电化学污水处理资源化技术领域，具体为一种锶系钙钛矿催化阴极的制备方法及其应用。

背景技术

由于农业氮肥的大量使用及金属加工等行业的快速发展，水体中硝酸盐氮污染日趋严重。随着“变废为宝”及“碳中和”理念的提出，发展有效的将污水中硝酸盐氮去除同时将其转化为氨氮(一种重要的农业氮肥)的污水处理资源化技术已成为研究热点。

目前，针对污水中硝酸盐氮常用的处理方法包括离子交换、反渗透、膜分离和生物脱氮等。其中，离子交换、反渗透、膜分离等技术是将硝酸盐从水体中分离，产生大量卤水面临后续进一步处理的问题。而常见的生物处理技术也存在装置复杂、环境条件要求高，反应效率低等缺点。同时，以上技术只是对污水中的硝酸盐进行去除，而未将其转化为有价值的氨氮等产物，未能实现资源化利用。电催化还原技术可以还原去除硝酸盐氮同时将其转化为氨氮，而且其反应速率快、设备集成度高、操作简便、环境友好，是一种非常具有前景的硝酸盐污水处理资源化技术。

电极材料决定着电催化还原技术对硝酸盐的去除率以及氨氮的选择性，因此制备高性能的阴极材料是电化学催化还原技术的关键。目前常用的阴极材料集中于钯、钌、铂等一系列贵金属以及铜、铁、钴等过渡金属及其氧化物，往往存在成本高、稳定性不足等问题。近年来钙钛矿(ABO₃结构)材料由于储量丰富、价格低廉、晶体和电子结构灵活多变等特点，作为新型非贵金属催化剂已广泛应用于电催化析氢的研究。基于电化学硝酸盐催化还原与电化学析氢相似的反应原理，推断钙钛矿材料可以作为一种廉价、稳定的催化剂实现电化学技术的高效氮资源化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锶系钙钛矿催化阴极的制备方法及其应用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

所述锶系钙钛矿催化阴极包括多孔钛片电极和催化层，所述催化层为多孔钛片电极上原位生成的钙钛矿催化层。

进一步地，所述催化层为SrMO₃，其中M为Cu、Fe、Co中的一种或多种。

进一步地，包括以下步骤：

S1:将Sr(NO₃)₂、M(NO₃)₂·6H₂O与一水柠檬酸钠混合，制成凝胶，其中M为Cu、Fe、Co中的一种或多种；

S2：对多孔钛片电极进行预处理；

S3：将预处理的多孔钛片电极浸泡在凝胶中，烘干、煅烧，在表面生成催化层；

S4：重复浸泡-烘干-煅烧过程，即为SrMO₃催化电极。

进一步地，包括以下步骤：