[发明专利]用于去除废水中硝酸盐的Cu基咪唑电催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于去除废水中硝酸盐的Cu基咪唑电催化剂及其制备方法，其制备方法是基于金属铜离子，通过将bip与MOF配体构成双配体体系，制备得到改性Cu‑bip‑MOF催化剂，其中所述MOF配体为均苯三甲酸或间苯二甲酸。该催化剂在‑1.2V电压下(以Ag/AgCl为参比电极)的硝酸盐转化率能达到75％以上，其制备方法具有成本较低、合成较为简单可工业化扩大规模应用的特点，具有工业化生产前景。

技术领域

本发明属于水处理用电催化剂技术领域，涉及一种用于去除废水中硝酸盐的Cu基咪唑电催化剂及其制备方法，具体为一种用于电催化阴极还原的Cu基双配体MOF催化剂及其制备方法。

背景技术

由于工、商、农业的不断发展，工业污水和生活污水中的氮含量不断上升。其中，硝酸盐氮的污染最为严重，治理水中硝酸盐污染已经愈发引起人们的关注。NO₃^-作为水体中比较稳定的氮氧化物，它的存在会导致水体富营养化，摄入人体后易被还原为亚硝酸盐，具有巨大毒性从而干扰人体机能。同时，硝酸盐本身具有难以降解、二次污染物多等问题，因此探索一种清洁、高效的硝酸盐废水处理方式正成为研究者们主要面临的问题。

传统的治理硝酸盐污染的方法有物理法(离子交换法、电渗析法、反渗透法)、化学法(金属还原法、催化还原法)和生物法(反硝化脱氮、反应器法)，然而，物理法和化学法成本昂贵，易产生二次污染物，目前使用最广泛的生物反硝化脱氮法，除了反应条件比较苛刻(有温度和pH等要求)外，还需要外加碳源，且反应过程中会产生CO₂等温室气体，不符合“碳中和”大背景下的要求，同时活性污泥产生量大，后处理复杂。而随着电化学技术在污水处理应用拓展，利用电催化去除废水中的硝酸盐污染物渐渐受到研究者们的青睐。由于优异的硝酸盐去除率以及温和的反应条件，可由再生能源驱动的选择性电催化硝酸根还原(ENRR)技术被认为是传统方法的有效替代。

目前，用于电催化还原硝酸盐的催化剂主要有非金属基(GF、BDD)、金属基(Pd、Ni、Fe等)、双金属基(Cu/Ni、Co/Fe等)以及复合基(Cu/rGO/GP)电催化剂等。其中金属基电催化剂因催化活性相对较高，已经开发出许多单一金属基电催化剂，例如Cu，Fe，Al，Ni，Zn，Ag，Au，Pt和Pd，但上述金属基电催化剂目前仅存在于实验室研究阶段，其中，相对成本合理的Cu基电催化剂，由于相对较高的活性，一直是电催化还原硝酸根的研究重点，其被广泛认为具备良好的实际应用前景。

因此，目前亟需一种具备良好电催化性能以去除水体中硝酸盐污染物，且制备工艺相对简单合理、适于工业化生产及应用的电催化剂。

发明内容

本发明为了解决上述背景技术中提出的问题，提供一种用于去除废水中硝酸盐的Cu基咪唑电催化剂及其制备方法，该电催化剂具体为改性Cu-bip-MOF电催化剂，该催化剂在-1.2V电压下(以Ag/AgCl为参比电极)的硝酸盐转化率能达到75％以上，其制备方法具有成本较低、合成较为简单可工业化扩大规模应用的特点，具有工业化生产前景。

为实现上述目的，本发明是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。

一种用于去除废水中硝酸盐的Cu基咪唑电催化剂，其制备方法包括以下步骤：

(1)选择并称取铜盐和MOF配体，与1,3-双(1-咪唑)丙烷(bip)按照摩尔比为Cu：bip：MOF＝(1～1.5)：1：1，混合均匀作为混合物备用；

其中，所述MOF配体为均苯三甲酸或间苯二甲酸；

(2)量取N,N-二甲基乙酰胺(DMA)与蒸馏水进行混合，使体积比DMA：蒸馏水＝(1～1.2)：1，作为A液；

(3)将A液加入步骤(1)所得混合物中，以每毫升A液需加入8.5～9.0mg的1,3-双(1-咪唑)丙烷为比例进行添加，充分混合均匀后作为B液；