公布日：2023.02.03
申请日：2022.11.16
分类号：C25B11/091(2021.01)I;C25B11/065(2021.01)I;C25B3/07(2021.01)I
摘要
本发明公开了一种污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂及其制备方法与应用，涉及电催化剂技术领域，所述污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂包括污泥灰和负载于污泥灰上的氧化锡；本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂，其主要增益成分均来自污水处理厂副产物污泥的焚烧灰，属于固体废弃物资源化利用，有效地降低了复合电催化剂的生产成本；并且本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂同时促进还原和氧化半反应的策略将为制备高效电催化剂以电还原CO2开辟新的途径。
权利要求书
1.一种污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂，其特征在于：包括污泥灰和负载于污泥灰上的氧化锡。
2.如权利要求1所述的污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂，其特征在于：所述污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂包括20-40％氧化锡和60-80％污泥灰，以重量百分比计。
3.权利要求1所述的污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将市政污泥煅烧，研磨得到污泥灰，备用；(2)将步骤(1)得到的污泥灰和氧化锡混合，研磨，加酸调节pH值至1-2，搅拌，加碱调节pH值至8-9，过滤得到混合固体；(3)将步骤(2)得到的混合固体置于真空炉中煅烧，得到污泥灰修饰氧化锡电催化剂。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述市政污泥是在500-700℃下于空气氛围中煅烧2-6h；优选地，所述市政污泥是在600℃下于空气氛围中煅烧4h。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述污泥灰中钙化合物的质量分数≥10％，铁化合物的质量分数≥10％，镁铝化合物的质量分数≥10％；优选地，所述污泥灰和氧化锡的重量比为1:(0.25-0.67)。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述酸为盐酸、硫酸、硝酸中的一种或几种，浓度为0.05-0.2mol/L；优选地，所述酸为盐酸；所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种或几种，浓度为0.05-0.2mol/L；优选地，所述碱为氨水。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述混合固体的煅烧温度为350-550℃，煅烧时间为0.5-2h；优选地，所述混合固体的煅烧温度为450℃，煅烧时间为1h。
8.根据权利要求3-7任意一项所述的制备方法得到的污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂。
9.权利要求1或8所述的污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂在电催化还原CO2制甲酸中的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于：所述污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂的用量为1-5mg/cm2。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂，其充分利用焚烧灰中铁、铝、镁、钙等元素增强电催化剂的整体碱性和部分路易斯酸性，具有成本低、对CO2吸附效率高、能够显著加强H2O氧化半反应的优点，提高电催化CO2还原制甲酸效率。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂，包括污泥灰和负载于污泥灰上的氧化锡。
本发明的第二个目的是提供一种所述污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将市政污泥煅烧，研磨得到污泥灰，备用；
(2)将步骤(1)得到的污泥灰和氧化锡混合，研磨，加酸调节pH值至1-2，搅拌，加碱调节pH值至8-9，过滤得到混合固体；
(3)将步骤(2)得到的混合固体置于真空炉中煅烧，得到污泥灰修饰氧化锡电催化剂。
本发明的第三个目的是提供根据上述制备方法得到的污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂。
本发明的第四个目的是提供所述污泥灰修饰氧化锡复合电催化剂在电催化还原CO2制甲酸中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂，其主要增益成分均来自污水处理厂副产物污泥的焚烧灰，属于固体废弃物资源化利用，有效地降低了复合电催化剂的生产成本，具有广阔的市场应用前景；
2、本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂具有较强碱性，能够大幅提高CO2吸附性能，改善CO2电还原过程中由水相向固相的传质阻力，可以促进CO2还原半反应；
3、本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂具有部分路易斯酸性，可作为H2O吸附和活化的活性位点，从而促进H2O氧化半反应；
4、本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂同时促进还原和氧化半反应的策略将为制备高效电催化剂以电还原CO2开辟新的途径。
5、本发明提供的污泥灰修饰氧化锡电催化剂的制备方法，具有操作简单，所有原料廉价易得的优点。
（发明人：苏明雪;李宁;顾春晗;李志坚;陈磊）
