【技术实现步骤摘要】
本申请属于光催化材料及废水处理，具体涉及金属掺杂srtio3/tio2光催化材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着现代工业持续快速发展，大量含氮类化学合成品被使用(如合成橡胶、油漆涂料、树脂、电子元件及塑料等)，因此产生大量含氮工业废水(如化肥废水、电镀废水、皮革废水、焦化废水等)。这类工业废水中的含氮化合物如排入地表水体，会造成水体环境中氮化合物的积累导致水体富营养化等严重恶化，水体缺氧导致大量生物死亡，硝酸盐还可以在人体内转化为亚硝酸盐或内分泌干扰物(硝基芳烃)，导致甲基血红蛋白血症或致癌风险。
2、在现有的技术中，光催化技术是一种对环境无害且有前景的水中脱氮技术，在一定条件下，硝态氮可转化为无毒的n2，避免了对环境的二次污染。许多复合光催化材料被开发出来用于硝酸盐还原，例如，采用pd-cu/tio2、ag2o/p25、cu2o/tio2和cuins2/tio2等进行硝酸盐还原。硝酸盐的反硝化反应需要较大还原电位，多数异质结材料无法有效产生高还原性光生电子，且对no3-的吸附能力不足，无法在材料表面直接还原no3-，需往催化还原体系中额外补充大量空穴清除剂来满足脱氮反应需求。
3、甲酸作为最优性能的空穴清除剂被广泛应用，甲酸投入光催化体系后，可被光催化材料价带产生的光生空穴氧化并产生·co2-，使得no3-可在溶液中直接与·co2-反应转变为氮气。但多数反硝化光催化材料在还原硝酸盐时，要达到高转化率和高选择性，催化剂和甲酸的用量都非常大，如授权公告号为cn113457745b的中国专利技术专利公
4、大量甲酸的投加使得光催化还原反应体系的ph值为强酸性(ph≤2.5)，低ph值反应体系不仅会导致光催化材料中金属离子的大量溶出、降低材料使用寿命，还会增大反应对装置的要求，且会因甲酸残余等原因影响废水后续处理工艺，限值了光催化反硝化的工程应用。
5、因此，研究在少量甚至不加空穴清除剂条件下的高效光催化脱氮材料对光催化反硝化的应用有着重要意义。
技术实现思路
1、1.要解决的问题
2、本申请针对现有的光催化脱氮工艺(还原硝酸盐工艺)中甲酸添加量大及其产生的不利后果，提供了一种金属掺杂srtio3/tio2光催化材料及其制备方法与应用，该金属掺杂srtio3/tio2光催化材料是一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料，具体为金属掺杂入srtio3晶格内并与锐钛矿型tio2形成的耦合异质结构。将其应用于光催化还原硝酸盐工艺，可以减少甲酸及光催化材料的使用量，提高光催化还原硝酸盐的转化率及n2选择性。
3、2.技术方案
4、为了解决上述问题，本申请所采用的技术方案如下：
5、本申请提供了一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2，其中x为掺杂后使材料表面呈路易斯酸的金属元素，x掺杂入srtio3晶格内并与锐钛矿型tio2形成的耦合异质结构。
6、进一步地，上述光催化材料x-srtio3/tio2中，tio2与sr元素的摩尔比例为1:(1～1.5)。
7、进一步地，上述光催化材料x-srtio3/tio2中，金属元素与sr元素的摩尔比为1：(10～200)。
8、进一步地，上述光催化材料x-srtio3/tio2中，金属元素包括fe元素、cu元素、ce元素、ag元素或pd元素，相应的光催化材料为fe-srtio3/tio2、cu-srtio3/tio2、ce-srtio3/tio2、ag-srtio3/tio2或pd-srtio3/tio2。
9、进一步地，上述光催化材料x-srtio3/tio2中，金属元素包括fe元素或cu元素。
10、本申请还提供了上述一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2的制备方法，具体包括如下步骤：
11、s1，x掺杂srtio3的制备，取适量乙醇胺水溶液于容器中，在室温搅拌下，往乙醇胺中缓慢滴加钛酸四丁酯，搅拌10min后，向混合溶液中滴加naoh溶液，再转移至超声池内，滴加硝酸锶和x的硝酸盐混合水溶液，超声形成悬浮液，持续搅拌30min后转移至四氟内衬的高压水热釜中，并放入烘箱内加热；水热釜自然冷却后，将反应沉淀物分离，用乙醇和去离子水反复洗涤，放入真空干燥箱内，干燥得到x-srtio3粉末；硝酸锶和x的硝酸盐同时加入到强碱性的乙醇胺和钛酸四丁酯混合溶液内，并迅速搅拌，目的是为了使元素x与sr元素同时反应并互相掺杂，便于水热时在srtio3晶格内掺入x元素；
12、s2，x-srtio3/tio2 s型异质结的制备，将s1中x-srtio3粉末与钛酸四丁酯溶于乙醇和甘油中，超声10min，再搅拌10min，然后将混合悬浮液转移至四氟内衬的高压水热釜中，并放入烘箱内加热；水热釜自然冷却后，将反应沉淀物分离出来，用乙醇反复洗涤，放入真空干燥箱内，干燥得到x-srtio3/tio2粉末；对混合物料采用先超声再搅拌的操作，目的是先超声使大颗粒x-srtio3破碎，形成均质悬浮液，再搅拌使钛酸四丁酯均匀附着在fe-srtio3粉末上，便于制备出颗粒均匀的fe-srtio3/tio2。
13、进一步地，上述s1中，钛酸四丁酯与乙醇胺的摩尔比为1:(1.5～2.5)。
14、进一步地，上述s1中，naoh溶液的滴加体积与乙醇胺溶液体积比为1:(1～1.5)。
15、进一步地，上述s1中，naoh溶液的质量分数为36～40％。
16、进一步地，上述s1中，硝酸锶和x的硝酸盐混合水溶液中硝酸锶浓度为1～1.2mol/l。
17、进一步地，上述s1中，x的硝酸盐浓度与硝酸锶浓度摩尔比为1:(10～200)。
18、进一步地，上述s1中，硝酸锶和x的硝酸盐混合水溶液滴加体积与naoh溶液体积比例为1:(5～6)。
19、进一步地，上述s1中，烘箱内温度设置为160～200℃，持续加热时间为24～30h。
20、进一步地，上述s1中，真空干燥箱温度为60～70℃，持续加热为12～24h。
21、进一步地，上述s2中，钛酸四丁酯与x-srtio3摩尔比例为1:(1～1.5)。
22、进一步地，上述s2中，乙醇用量与x-srtio3的质量比例为1:(10～15)。
23、进一步地，上述s2中，甘油用量与乙醇的质量比例为1:(1.8～2)。
24、进一步地，上述s2中，烘箱内温度设置为160～180℃，持续加热时间为24～30h。
25、进一步地，上述s2中，真空干燥箱温度为60～本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2，其特征在于，所述X为掺杂后使材料表面呈路易斯酸的金属元素，X-SrTiO3/TiO2为X掺杂入SrTiO3晶格内并与锐钛矿型TiO2形成的耦合异质结构。
2.根据权利要求1所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2，其特征在于，所述金属元素包括Fe元素、Cu元素、Ce元素、Ag元素或Pd元素。
3.根据权利要求2所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2，其特征在于，所述X-SrTiO3/TiO2中，TiO2与Sr元素的摩尔比例为1:(1～1.5)；和/或金属元素与Sr元素的摩尔比为1：(10～200)。
4.权利要求1-3任一所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3
6.根据权利要求4所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2的制备方法，其特征在于，所述S2中，
7.根据权利要求6所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2的制备方法，其特征在于，当X为Fe元素时，X的硝酸盐为硝酸铁；当X为Cu元素时，X的硝酸盐为硝酸铜；当X为Ce元素时，X的硝酸盐为硝酸铈；当X为Ag元素时，X的硝酸盐为硝酸银；当X为Pd元素时，X的硝酸盐为硝酸钯。
8.权利要求1-3任一所述的一种金属掺杂的SrTiO3/TiO2 S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2在处理含氮废水中的应用，包括将光催化材料X-SrTiO3/TiO2应用于光催化还原硝酸盐工艺中。
9.一种处理含硝酸盐废水的光催化反硝化工艺，其特征在于，所述工艺包括向含硝酸盐废水中添加权利要求1-3任一所述的S型异质结光催化材料X-SrTiO3/TiO2和甲酸，利用光催化进行脱氮反应。
10.根据权利要求9所述的一种处理含硝酸盐废水的光催化反硝化工艺，其特征在于，所述X-SrTiO3/TiO2投加量为硝酸盐废水溶液质量的0.1‰～0.5‰；所述甲酸使用量为0mmol/L～60mmol/L。
...【技术特征摘要】
1.一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2，其特征在于，所述x为掺杂后使材料表面呈路易斯酸的金属元素，x-srtio3/tio2为x掺杂入srtio3晶格内并与锐钛矿型tio2形成的耦合异质结构。
2.根据权利要求1所述的一种金属掺杂的srtio3/tio2s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2，其特征在于，所述金属元素包括fe元素、cu元素、ce元素、ag元素或pd元素。
3.根据权利要求2所述的一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2，其特征在于，所述x-srtio3/tio2中，tio2与sr元素的摩尔比例为1:(1～1.5)；和/或金属元素与sr元素的摩尔比为1：(10～200)。
4.权利要求1-3任一所述的一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种金属掺杂的srtio3/tio2 s型异质结光催化材料x-srtio3/tio2的制备方法，其特征在于，所述s1中，
6.根据权利要求4所述的一种金属掺杂...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈利芳，郑海洋，王炼，何习宝，仇鑫，李爱民，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
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