一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂及其应用方法技术

本发明专利技术提供一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂及其应用方法，该催化剂包括离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿，金属离子诱发的化学式为A1‑xMxBO3‑y或AB1‑xMxO3‑y，其中：0

A Catalyst for Removal of Nitrate Nitrogen from Water by Photocatalytic Reduction and Its Application

The invention provides a catalyst for photocatalytic reduction of nitrate nitrogen in water and its application method. The catalyst comprises ion-induced oxygen-deficient perovskite-like minerals, and metal ion-induced chemical formula is A1_xMxBO3_y or AB1_xMxO3_y, in which:0.

【技术实现步骤摘要】
一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂及其应用方法
本专利技术涉及一种催化剂及其应用方法，尤其涉及一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂及其应用方法。
技术介绍
随着社会的发展和人们生活水平的提高，地下水硝酸污染日益严重。除了外界污染产生的硝酸盐之外，水中的亚硝酸盐和铵盐也会向硝酸盐转化。为了满足健康需求，去除水中硝酸盐并将其转化为对人体无害的物质非常必要。此外，硝酸盐在水体中的溶解度也比较大、化学性质较为稳定，一般的方法很难将其去除。常用的去除硝酸盐的方法主要有：物理化学法、生物反硝化法、化学法。物理化学处理方法又包括反渗透法、电解法、膜分离法、离子交换法。化学方法主要包括化学还原技术。以上处理方法和技术都可以将水体中的硝酸盐进行还原，但都存在着一些不足之处。比如无法将硝酸彻底转换为对人体无害的物质、氮气选择性较低、易造成二次污染、工艺复杂、反应条件严苛难以控制、高费用低效率等问题。因此，从经济和实际应用角度上看，以上这些方法用于去除水中硝酸根的实际效果并不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种硝酸盐氮去除率高、氮气选择性高、工艺简单、易于控制的光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂及其应用方法。本专利技术的目的是这样实现的：一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂，该催化剂包括离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿。本专利技术还包括这样一些特征：1.氧缺陷型类钙钛矿为金属离子诱发的，化学式为A1-xMxBO3-y，其中：0<x<1，0<y<3，A是金属元素Li、Na或K，B是金属元素Ta或Nb，M是金属元素Fe、Cu、Pr、Mg、Cr、Zn或In；2.氧缺陷型类钙钛矿为金属离子诱发的，化学式为AB1-xMxO3-y，其中：0<x<1，0<y<3，A是金属元素Li、Na或K，B是金属元素Ta或Nb，M是金属元素Fe、Cu、Pr、Mg、Cr、Zn或In；3.氧缺陷型类钙钛矿为非金属离子诱发的，化学式为ABO3-x-yYx，其中：0<x+y<3，A是金属元素Li、Na或K，B是金属元素Ta或Nb，Y是非金属元素N、C或S；4.氧缺陷型类钙钛矿与碳质材料复合，氧缺陷型类钙钛矿与碳质材料的质量比为1：0.5～5；5.氧缺陷型类钙钛矿与金属氧化物复合，氧缺陷型类钙钛矿与金属氧化物的质量比为1：0.1～1；6.所述碳质材料为石墨相氮化碳、氧化石墨烯或两种组合；7.所述金属氧化物为TiO2、ZnO、CuO、Al2O3、MnO2、NiO、Co3O4和V2O5中的一种或多种。一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂的应用方法，将0.1～1g/L的催化剂加入到浓度为30～70mg/L的硝酸盐氮的水溶液中，再加入1～10mmol/L的空穴清除剂，调节pH为6.5～7.5，然后在紫外光灯的照射下进行光催化还原硝酸盐的反应，反应时间为30～180min。所述的空穴清除剂为EDTA-2Na或甲酸。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术以氧缺陷型类钙钛矿作为催化剂，EDTA-2Na、甲酸等作为空穴清除剂，在紫外灯的光照下进行的光催化还原方法，具有以下优势：(1)氧缺陷型类钙钛矿具有较为负的导带位置，在光照下可以驱使电子直接对硝酸盐进行还原；(2)氧缺陷型类钙钛矿具有良好的光选择性、化学稳定性、无毒害性；(3)由金属离子或非金属离子诱发的类钙钛矿产生一定程度的晶格氧缺陷，由于晶格氧缺陷的存在使得催化剂带隙略微变窄，在电子直接对硝酸盐进行还原的同时，增强了催化剂的光吸收能力，并有效抑制了表面光生载流子的复合，有利于更多的光生电子、空穴被表面吸附的氧化或还原物种捕获，进而参与对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的还原反应，使光催化反应效率提高；(4)加入的空穴清除剂可以与价带产生的空穴或者与羟基自由基反应生成高还原能力的二氧化碳自由基，其进一步还原硝酸根或者亚硝酸根离子生成氮气。附图说明图1是光催化还原去除水中硝酸盐氮的装置图；其中1为高压泵灯、2为冷凝口出口、3为冷凝口入口、4为出气口、5为进气口、6为取样口、7为磁力搅拌子、8为磁力搅拌器。图2是具体实施方式八中的硝酸盐氮的降解曲线以及氮气选择性曲线；图3是具体实施方式九中的硝酸盐氮的降解曲线。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。本专利技术的目的在于提供一种硝酸盐氮去除率高、氮气选择性高、工艺简单、易于控制的光催化还原去除水中硝酸盐氮的新型、高效催化剂。本专利技术的目的还在于提供一种光催化还原去除水中硝酸盐氮新型催化剂的应用方法。本专利技术的用于光催化还原去除水中硝酸盐氮的新型催化剂包括金属离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿，化学式为A1-xMxBO3-y或AB1-xMxO3-y其中：0<x<1，0<y<3，A是金属元素Li、Na或K中的一种，B是金属元素Ta或Nb中的一种，M是金属元素Fe、Cu、Pr、Mg、Cr、Zn或In。本专利技术的用于光催化还原去除水中硝酸盐氮的新型催化剂包括非金属离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿，化学式为ABO3-x-yYx，其中：0<x+y<3，A是金属元素Li、Na或K中的一种，B是金属元素Ta或Nb中的一种，Y是非金属元素N、C或S。本专利技术的用于光催化还原去除水中硝酸盐氮的新型催化剂包括氧缺陷型类钙钛矿与碳质材料的复合，氧缺陷型类钙钛矿与碳质材料的质量比为1：(0.5～5)，碳质材料为石墨相氮化碳、氧化石墨烯或两种组合。本专利技术的用于光催化还原去除水中硝酸盐氮的新型催化剂包括氧缺陷型类钙钛矿与金属氧化物的复合，氧缺陷型类钙钛矿与金属氧化物的质量比为1：(0.5～1)，金属氧化物为TiO2、ZnO、CuO、Al2O3、MnO2、NiO、Co3O4和V2O5中的一种或其中几种组成。本专利技术的用于光催化还原去除水中硝酸盐氮的新型催化剂包括负载在不同载体上的氧缺陷型类钙钛矿，载体材料为碳布、海绵、硅片、塑料、不锈钢片或泡沫镍。本专利技术的处理硝酸盐氮污水的方法为：将0.1～1g/L的催化剂加入到浓度为30～70mg/L的硝酸盐氮的水溶液中，再加入1～10mmol/L的空穴清除剂，调节pH为6.5～7.5，然后在紫外光灯的照射下进行光催化还原硝酸盐的反应，反应时间为30～180min。本专利技术的处理硝酸盐氮污水的方法还可以包括：1、所述的空穴清除剂为EDTA-2Na或甲酸。2、所述光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂为金属离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿，化学式为A1-xMxBO3-y或AB1-xMxO3-y其中：0<x<1，0<y<3，A是金属元素Li、Na或K中的一种，B是金属元素Ta或Nb中的一种，M是金属元素Fe、Cu、Pr、Mg、Cr、Zn或In。3、所述光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂为非金属离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿，化学式为ABO3-x-yYx，其中：0<x+y<3，A是金属元素Li、Na或K中的一种，B是金属元素Ta或Nb中的一种，Y是非金属元素N、C或S。4、所述光催化还原去本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂，其特征是，该催化剂包括离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿。

【技术特征摘要】
1.一种光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂，其特征是，该催化剂包括离子诱发的氧缺陷型类钙钛矿。2.根据权利要求1所述的光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂，其特征是，氧缺陷型类钙钛矿为金属离子诱发的，化学式为A1-xMxBO3-y，其中：0<x<1，0<y<3，A是金属元素Li、Na或K，B是金属元素Ta或Nb，M是金属元素Fe、Cu、Pr、Mg、Cr、Zn或In。3.根据权利要求1所述的光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂，其特征是，氧缺陷型类钙钛矿为金属离子诱发的，化学式为AB1-xMxO3-y，其中：0<x<1，0<y<3，A是金属元素Li、Na或K，B是金属元素Ta或Nb，M是金属元素Fe、Cu、Pr、Mg、Cr、Zn或In。4.根据权利要求1所述的光催化还原去除水中硝酸盐氮的催化剂，其特征是，氧缺陷型类钙钛矿为非金属离子诱发的，化学式为ABO3-x-yYx，其中：0<x+y<3，A是金属元素Li、Na或K，B是金属元素Ta或Nb，Y是非金属元素N、C或S。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：任月明，李霄，安洪泽，姜翠双，张翔宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23