由废SCR催化剂制备g-C3N4/TiO2光催化剂、方法及应用

本发明属于废弃脱硝催化剂回收利用领域，涉及一种用废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂及其在光催化还原co2中的应用。

背景技术：

1、我国火电厂烟气脱硝主要是采用选择性催化还原(selective catalyticreduction,scr)脱硝技术，核心即蜂窝型v2o5-wo3/tio2催化剂，其使用周期一般为1.6万～2.4万小时，根据火电年运营5000h计算，催化剂更换周期为3～5年。2016年环保部《国家危险废物名录》将其纳入危险废物名录，作为危废处置的治污费约为2600元/t，约占scr催化剂总成本的5％。废scr脱硝催化剂中的v2o5、wo3、tio2三种金属氧化物都属于稀有金属资源，均具有半导体和光催化性质，价格昂贵(tio2价格约为1.5万元/吨，而wo3和v2o5的价格均在15万元/吨以上)、用途广泛、可再利用价值极高，tio2占比超过了80％，对其进行绿色处理与资源化回收具有十分重要的意义。

2、近年来，二氧化碳的固定是目前环境和化学领域的一个重要研究课题，制备将二氧化碳选择性光还原为co的光催化剂也是热门课题。但co2本身的热力学稳定性和动力学惰性都限制了其高效转化，研究发现，g-c3n4/tio2复合光催化材料是渴望成为高效太阳能光驱动co2还原的理想光催化体系。然而，使用纯钛源合成g-c3n4/tio2的研究，需要较高的成本，将从实验室研究规模给未来工业工厂的实施带来一定的经济挑战。因此，选择一种价格低廉的含钛废弃物作为钛源，通过绿色工艺回收并再生具有优异光催化性能的tio2光催化剂，对保护钛资源和环境及降低tio2光催化剂的生产成本具有重要的理论和实际意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的问题，本发明以绿色回收利用废scr催化剂，且再生具有优异光催化性能的tio2光催化剂为目的，利用废scr催化剂为钛源制备银耳多层状g-c3n4/tio2复合光催化剂，并应用g-c3n4/tio2在可见光下选择性催化还原工业废气二氧化碳为co。

2、本发明的具体技术方案为：

3、一种由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，包括以下步骤：

4、步骤1，将废scr催化剂进行物理破碎，在600～700℃下进行高温焙烧，用于除去表面吸附的hg,as及有机杂质，然后粉碎至粒度≤200μm，得到均匀的废scr催化剂粉末；

5、步骤2，将步骤1得到的废scr催化剂粉末按照固液质量比1:5～10加入80～100℃热水中，充分搅拌浸泡，然后加入适量的naoh和na2co3，恒温80～100℃充分搅拌，得到固液混合物，其中naoh的质量浓度为0.2～0.4g/ml，na2co3的质量浓度为0.01～0.08g/ml；主要反应方程式如下：

6、v2o5+6naoh───2na3(vo4)2+3h2o

7、v2o5+na2co3───2navo3+co2

8、wo3+2naoh───na2wo4+h2o

9、wo3+na2co3───na2wo4+co2

10、步骤3，将步骤2得到的固液混合物分离，得到沉淀物a；向沉淀物a中加入浓硫酸，加热煮沸，至全部溶解成溶液a，其中其中沉淀物a与浓h2so4的质量体积比为1:30～40g/ml；其主要反应方程式如下：

11、tio2+h2so4───tioso4+h2o

12、步骤4，向溶液a中加稀硫酸调节ph值至>0.5，加水稀释，至溶液全部经水解生成白色沉淀，其反应方程式如下：

13、tioso4+3h2o───ti(oh)4↓+h2so4

14、放置待沉淀完全干燥后，在650℃下进行煅烧，得到tio2成品；其反应方程式如下：

15、ti(oh)4───tio2+2h2o

16、步骤5，采用一步热聚合法制备银耳层状形貌结构的g-c3n4/tio2。将步骤4得到的tio2成品与co(nh2)2按照质量比1:20～70混合，然后在按照摩尔比为2:2:1混合去离子水、乙醇和乙醇胺的溶液中自组装1.5～3h，得到均匀的混合溶液b；溶液b经离心洗涤后得沉淀b，将沉淀b置于微波炉700w处理90-150s，再细磨成粉末作为反应前驱体；反应前驱体在500-600℃下以5-10℃/min煅烧3-6h，再研磨产物得到黄色粉末，即g-c3n4/tio2光催化剂。

17、优选地，步骤1，焙烧温度为650℃。

18、优选地，步骤2，废scr催化剂粉末按照固液质量比1:10加入热水中；所述固液混合物中naoh的质量浓度为0.2g/ml，na2co3的质量浓度为0.06g/ml。

19、优选地，步骤3，沉淀物a与浓h2so4的质量体积比为1:37.5g/ml。

20、进一步地，步骤3，所述浓硫酸的浓度为0.5～0.8mol/l。

21、优选地，步骤4，所述煅烧温度为650℃。

22、优选地，步骤5，所述tio2成品与co(nh2)2按照质量比1:20～60混合，自组装2h；所述微波处理120s；反应前驱体在550℃下以5℃/min煅烧4h。

23、优选地，步骤5，所述tio2成品与co(nh2)2按照质量比1:60混合。

24、上述方法制备得到的g-c3n4/tio2光催化剂，具备银耳层状结构。

25、上述方法制备得到的g-c3n4/tio2光催化剂用于在可见光下选择性催化还原co2为co。

26、本发明的有益效果，本发明以废scr催化剂为钛源制备具有银耳层状形貌结构的g-c3n4/tio2复合光催化剂在可见光下催化还原工业废气二氧化碳。既实现了废scr催化剂的资源化回收，也为火电厂和煤化工企业的低碳减排提供了一条行之有效地途径。

技术特征：

1.一种由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤1，焙烧温度为650℃。

3.根据权利要求1所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤2，废scr催化剂粉末按照固液质量比1:10加入热水中；所述固液混合物中naoh的质量浓度为0.2g/ml，na2co3的质量浓度为0.06g/ml。

4.根据权利要求1所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤3，沉淀物a与浓h2so4的质量体积比为1:37.5g/ml。

5.根据权利要求1所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤3，所述浓硫酸的浓度为0.5～0.8mol/l。

6.根据权利要求1所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤4，所述煅烧温度为650℃。

7.根据权利要求1所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤5，所述tio2成品与co(nh2)2按照质量比1:20～60混合，自组装2h；所述微波处理120s；反应前驱体在550℃下以5℃/min煅烧4h。

8.根据权利要求7所述的由废scr催化剂制备g-c3n4/tio2光催化剂的方法，其特征在于，步骤5，所述tio2成品与co(nh2)2按照质量比1:60混合。

9.权利要求1～8任一所述方法制备得到的g-c3n4/tio2光催化剂，其特征在于，所述g-c3n4/tio2光催化剂具备银耳层状结构。

10.权利要求9所述g-c3n4/tio2光催化剂的应用，其特征在于，用于在可见光下选择性催化还原co2为co。

技术总结
本发明属于废弃脱硝催化剂回收利用领域，提出了一种由废SCR催化剂制备g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;光催化剂、方法及应用，该方法以绿色回收利用废SCR催化剂且再生具有优异光催化性能的TiO<subgt;2</subgt;光催化剂为目的，利用废SCR催化剂为钛源采用一步热聚合法制备银耳层状形貌结构的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;/TiO<subgt;2</subgt;复合光催化剂，其比表面积(S<subgt;BET</subgt;)最大为109m<supgt;2</supgt;g<supgt;‑1</supgt;，显著高于现有同类催化剂，并将其应用于可见光下选择性催化还原工业废气二氧化碳为CO得到良好效果，既实现了废SCR催化剂的资源化回收，也为火电厂和煤化工企业的低碳减排提供了一条行之有效的途径。

技术研发人员：霍怡廷,张海军,高艳鹏
受保护的技术使用者：鄂尔多斯应用技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29