【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化，涉及一种的单原子cu-tio2材料的制备方法及其在处理硝酸盐废水方面的应用。
技术介绍
1、随着人们日常生活对水产品的需求量日益增长，海产养殖业处于快速发展期。随之带来的环境问题是养殖尾水中排放的氮含量超标，其中硝酸盐浓度远高于环境标准所规定的10 mg/l。养殖尾水如果不经过处理随意排放，不仅会危害水生生物的生存，还会恶化周边水域环境，影响人类生活。因此，选择性地将硝酸盐还原为无害氮气(n2)对生态环境和人类健康至关重要。
2、由于硝酸盐的稳定性、高溶解度以及较差的吸附性能，从废水中去除硝酸盐极具挑战性。当前常规处理方法包括物理、生物和化学法。物理方法是通过物理过程去除水中硝酸盐的方法，包括吸附、蒸馏、离子交换、反渗透、电渗析等。其中，改性吸附材料可以提高吸附能力，但需耗费大量的材料；离子交换法也需要大量的再生剂，且出水需要处理后才能排放；蒸馏法能耗大，只适用于处理少量水；反渗透和电渗析法对硝酸盐的去除效果较好，但成本较高，后续废液难以处理。生物过程是通过微生物反硝化将硝酸盐转化为氮从而去除硝酸盐污染，成本低且对环境影响小，但也存在操作环境和微生物生长易受影响等缺点。相比之下，电化学还原法具有其显著优势：能够充分利用绿色能源，不需要额外投加药剂，易于设备化。
3、电催化还原是一个质子耦合电子转移的过程，包括复杂的含氮中间体转化。首先硝酸根被催化剂吸附，被还原成亚硝酸盐，由催化剂的促进位点主导；接着是亚硝酸根的还原，亚硝酸根可能通过5电子途径生成氮气或者8电子途径生成氨，由催化剂的选
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种cu单原子负载tio2电极材料及制备方法和应用，以cucl2·2h2o作为铜源，通过控制基底tio2上单原子cu的负载量，达到更好的催化效果，用于电催化还原硝酸盐。
2、实现本专利技术目的的具体技术方案是：
3、一种cu单原子负载tio2电极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、步骤1：量取一定量的氢氟酸（hf），缓慢滴加到钛酸四丁酯（tbot）溶液中，搅拌混合至形成均一溶液；其中，氢氟酸和钛酸四丁酯的摩尔比为3∶1，搅拌时间为30 min；
5、步骤2：将步骤1中的溶液转移至反应釜中，放入烘箱180℃水热反应24小时；
6、步骤3：将步骤2中所得的材料用去离子水和乙醇分别清洗5次后；放置于氢氧化钠溶液中搅拌8h，洗去表面吸附的f-；
7、步骤4：将步骤3所得材料放入冷冻干燥机，干燥12小时，得到基底tio2；
8、步骤5：将步骤4所得材料放入研钵中，加入cucl2·2h2o、licl、kcl，充分研磨至均匀，转移至瓷舟并放入管式炉中，在氩气保护下热解，以8℃/min 的升温速度加热到500℃，热解2个小时，得到所述cu单原子负载tio2电极材料即cu-tio2材料；其中，基底tio2、licl、kcl的质量比为1∶1∶1，cucl2·2h2o是基底tio2的3 wt%，研磨时间至少30 min。
9、一种上述方法制得的cu单原子负载tio2电极材料。
10、一种所述材料在电催化还原硝酸盐中的应用。
11、进一步，所述的应用：将所得cu-tio2材料配置成墨水滴加到碳纸上，制成cu-tio2电极，分别作为阴极和阳极，饱和甘汞电极为参比电极，以硫酸钠和氯化钠混合溶液为电解液，在含硝酸盐废水中，引入光源，光源照射阳极，（阴极在下，阳极在上，两个电极片水平放置），之后连接电化学工作站，使用计时电流法，通入恒定电压进行电催化还原，反应时间设定为4小时；实现反应体系内硝酸盐转化为氮气，其中，所述墨水配方为：cu-tio2材料、nafion溶液、无水乙醇和去离子水，其摩尔比为5600:1:190:580。
12、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术首次制备了双功能单原子cu/tio2电极，可以更有效、更迅速地电催化硝酸盐还原为氮气，减少硝酸盐对环境的污染。电极稳定性高、重现性好，适合于自然水体和污水中硝酸盐的去除，不需要调节ph。具有绿色、温和、环保、简单、低成本、易于操作等特点，而且原料来源广，生产成本低。
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1.一种Cu单原子负载TiO2电极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.一种权利要求1所述方法制得的Cu单原子负载TiO2电极材料。
3.一种权利要求2所述材料在电催化还原硝酸盐中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，将所得Cu-TiO2材料配置成墨水滴加到碳纸上，制成Cu-TiO2电极，分别作为阴极和阳极，饱和甘汞电极为参比电极，以硫酸钠和氯化钠混合溶液为电解液，在含硝酸盐废水中，引入光源，光源照射阳极，阴极在下，阳极在上，两个电极片水平放置，之后连接电化学工作站，使用计时电流法，通入恒定电压进行电催化还原，反应时间设定为4小时；实现反应体系内硝酸盐转化为氮气，其中，所述墨水配方为：Cu-TiO2材料、Nafion溶液、无水乙醇和去离子水，其摩尔比为5600:1:190:580。
【技术特征摘要】
1.一种cu单原子负载tio2电极材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.一种权利要求1所述方法制得的cu单原子负载tio2电极材料。
3.一种权利要求2所述材料在电催化还原硝酸盐中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，将所得cu-tio2材料配置成墨水滴加到碳纸上，制成cu-tio2电极，分别作为阴极和阳极，饱...
【专利技术属性】
技术研发人员：王维康，徐娟，白佳雯，施滢，张鹏宇，谭嘉悦，罗映，周沁，李依慧，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：
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