[发明专利]一种Fe0

说明书

本发明提供了一种Fe⁰基有序介孔碳电催化剂及其制备方法和应用，属于电催化剂技术领域。本发明以木质素或植物多酚为原料，利用其与Fe³⁺间的螯合作用制备Fe⁰基有序介孔碳电催化剂，不但能够实现Fe⁰在生物质炭有序介孔中的均匀分散，而且避免了甲醛类有毒试剂的使用。本发明制备的Fe⁰基有序介孔碳电催化剂用于电催化还原水环境中硝态氮污染物，对硝态氮污染物具有良好的去除效果以及对N₂具有良好的选择性。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，尤其涉及一种Fe⁰基有序介孔碳电催化 剂及其制备方法和应用。

背景技术

氮素(N)是植物生长和发育必需的养分之一，在自然界中维持氮平衡 至关重要。然而，过度施肥、化石燃料燃烧和废水排放等人类活动导致全球 氮循环日益失衡，使得许多水体(包括地表水和地下水)中的硝酸盐(NO₃^-)浓 度迅速升高。饮用水中NO₃^-的积累可能会被还原成亚硝酸盐(NO₂^-)，对人体 健康产生较大威胁。目前世界卫生组织(WHO)规定的饮用水中NO₃^-、NO₂^-和NH₄⁺的最高浓度限值分别为10mg/L、0.03mg/L和0.4mg/L，因此亟需 开发一种适用于水环境的高效硝酸盐还原技术，将水中过量的氮氧阴离子 (NO₃^-/NO₂^-)还原为良性氮素(N₂)，来维持全球氮素的生物地球化学平衡。

为科学管控水环境中的氮含量，近来已经开发了许多有效的水处理技术， 如活性污泥法、生物反硝化、物理吸附、化学处理技术等。然而，由于在实 际应用过程中存在一些不可抗力的因素，极大的限制了其实际应用。例如， 在生物脱氮过程中，往往需要严格控制反应条件，包括pH、温度和酶的浓 度等，增大了操作难度。在物理过程中，NO₃^-转化过程中会产生高浓度含盐 废水，易造成二次污染。而化学法则会产生大量副产物。近年来，电催化硝酸盐还原反应以其优良的硝酸盐去除性能、较强的抗干扰性、环境友好性和 可忽略的不良产物等优势，被认为是一种很有前途的技术。

Fe基电催化剂对NO₃^-转化为NH₄⁺具有较高的选择性，并可通过阳极周 围的电氯化过程进一步转化为N₂。现有技术中Fe基电催化剂多采用有序介 孔碳(OMC)为载体，先制备有序介孔碳，之后采用两步法在有序介孔碳载体 上负载活性金属组分。然而传统合成有序介孔碳的前驱体主要是苯酚、间苯 二酚和间苯三酚等酚类化合物，合成过程中通常需要甲醛作为交联剂来形成 有序的介孔结构，甲醛的使用会对环境及人体健康产生不利影响。此外，上 述两步法在有序介孔碳载体上负载活性金属组分往往会导致金属的团聚，降 低电催化剂的催化效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Fe⁰基有序介孔碳电催化剂及其制备方法和 应用，本发明制备的Fe⁰基有序介孔碳电催化剂能够使Fe⁰均匀分散在生物 质炭的有序介孔中，同时还能规避传统制备方法中有毒醛类试剂的使用，且 制备的Fe⁰基有序介孔碳电催化剂用于电催化还原硝态氮，对硝态氮具有良 好的去除效果以及对N₂良好的选择性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种Fe⁰基有序介孔碳电催化剂的制备方法，包括以下步 骤：