一种Fe(Ⅱ)EDTA辅助光催化NO合成氨的方法

一种fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法
技术领域
1.本发明涉及一种合成氨方法，具体涉及一种以no为原料合成氨的方法，特别涉及一种fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法。


背景技术：

2.氨被广泛应用于化肥、制药、纺织、塑料等领域，是人类生活和地球生态的支柱。近年来，研究者发现，氨是一种环保的无碳氢能载体，在运输燃料中有很大应用潜力，这大大提高了对氨的需求。到目前为止，工业级别的产氨主要依赖于哈伯法，该工艺属于能源和资本密集型工艺，存在以下缺点：二氧化碳等副产物排放量高，导致严重的环境问题；能量输入大，造成不必要的能源浪费。为了解决这些问题，寻找一种高效、环保的合成氨方法迫在眉睫。
3.一氧化氮(no)作为自然界中氮素化合物之一，是化石燃料燃烧时释放的主要空气污染物，广泛存在于人类生产生活中。no污染导致酸雨、光化学烟雾的形成，破坏臭氧层，对人类健康造成严重威胁。选择性催化还原(scr)作为传统的no治理方法之一，虽然能在一定程度上缓解no排放，但其存在反应温度高、消耗能源物质氨等问题。最近，研究者提出的催化no还原合成氨这一反应路径，不仅可以有效去除污染物no，且能实现氨的生成，在环境治理和能源生产方面都有着巨大前景。然而，目前的催化no合成氨反应普遍存在no在水中溶解度低的问题，限制了该技术的进一步发展。
4.fe(ⅱ)edta作为一种金属配合物，能够有效螯合no，形成fe(ⅱ)edta-no，使no从气相转移至液相，大大提高了反应物与催化剂的接触传质，使得光催化反应得以高效发生。这一工艺能够同步实现no降解以及高效合成氨，在解决环境污染以及能源危机问题方面有着巨大的潜力。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于针对现有no治理能耗高、合成氨效率低的问题，提供一种以fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法，该方法操作简单，能够同步实现no降解及高效合成氨。
6.为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
7.一种以fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法，包括以下步骤：
8.(1)将含fe的化合物与含edta的化合物溶解于水中，得到fe(ⅱ)edta溶液；
9.(2)在搅拌条件下，将fe(ⅱ)edta溶液加入到与含有光催化剂与有机污染物的悬浊液中，得到混合溶液，并转移至反应器中；
10.(3)将no气体连续通入反应器，尾气接入烟气分析仪，待no吸收饱和后开启光源，进行光催化no合成氨反应。
11.进一步地，步骤(1)中所述含fe化合物选自feso4、fecl2、fe(no3)2中的一种或多种，所述含edta化合物选自k2edta或na2edta中的任意一种。
12.进一步地，fe
2
和edta的摩尔比为1：1或1：2。
13.进一步地，步骤(1)中所述fe(ⅱ)edta溶液fe
2
浓度为7.8mmol/l。
14.进一步地，步骤(2)中搅拌转速为500-1000r/min。
15.进一步地，步骤(2)中所述fe(ⅱ)edta溶液体积为0.4-0.8ml。
16.进一步地，步骤(2)中所述光催化剂为50-200mg。
17.进一步地，步骤(2)中所述有机污染物选自甲醇、甲醛、乙二醇、乙二醛中的一种或多种，有机污染物体积为5-10ml，所述悬浊液体积为100-200ml。
18.进一步地，步骤(3)中所述no浓度为500ppm，流速为60ml/min。
19.进一步地，步骤(3)中所述光源为氙灯，光强为250mw/cm3。
20.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
21.(1)本发明利用fe(ⅱ)edta吸收no，增强了反应物在反应体系中的传质效率；
22.(2)本发明提出的方法路线，对no的降解达66％；
23.(3)本发明提出的方法路线，合成氨的选择性达98％，产氨效率为7.54mmol g-1
h-1
；
24.(4)本发明同步实现了no降解以及高效合成氨，对于环境治理及能源生产领域都有着重大意义。
附图说明
25.图1为本发明的no降解率图；
26.图2为本发明的合成氨产率图；
27.图3为no还原合成氨中含n化合物的变化趋势图；
28.图4为no还原合成氨的长周期稳定性图。
具体实施方式
29.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
30.实施例1
31.一种fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法，包括以下步骤：
32.(1)fe(ⅱ)edta溶液的配制：
33.将1.0g fecl2和2.8g k2edta溶解在1000ml去离子水中，fe(ⅱ)edta浓度为7.8mmol/l；
34.(2)反应溶液的配制：
35.在搅拌转速为1000r/min下，将50mg au/p25催化剂与10ml甲醛溶解在100ml水中，加入0.4ml fe(ⅱ)edta溶液，制得反应体系溶液；
36.(3)光催化反应：
37.将500ppm no以60ml/min的流速持续通入反应体系溶液中，在no浓度达到平衡后，开启氙灯，在光强为250mw/cm3下进行光催化反应。
38.(4)产物的检测：
39.将尾气接入烟气分析仪进行实时监测，用光催化反应开始时的浓度减去结束时的
no浓度差，再除以no初始浓度，得到no的去除率；将反应溶液离心后，取上清液送入离子色谱进行氨的测定。实验测得no去除率为21％，合成氨的选择性为82％，产氨效率为3.08mmol g-1
h-1
。
40.实施例2
41.一种fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法，包括以下步骤：
42.(1)fe(ⅱ)edta溶液的配制：
43.将1.0g fecl2和2.8g k2edta溶解在1000ml去离子水中，fe(ⅱ)edta浓度为7.8mmol/l；
44.(2)反应溶液的配制：
45.在搅拌转速为1000r/min下，将50mg au/p25催化剂与10ml甲醛溶解在100ml水中，加入0.6ml fe(ⅱ)edta溶液，制得反应体系溶液；
46.(3)光催化反应：
47.将500ppm no以60ml/min的流速持续通入反应体系溶液中，在no浓度达到平衡后，开启氙灯，在光强为250mw/cm3下进行光催化反应。
48.(4)产物的检测：
49.将尾气接入烟气分析仪进行实时监测，用光催化反应开始时的浓度减去结束时的no浓度差，再除以no初始浓度，得到no的去除率；将反应溶液离心后，取上清液送入离子色谱进行氨的测定。实验测得no去除率为66％，合成氨的选择性为98％，产氨效率为7.54mmol g-1
h-1
。
50.实施例3
51.一种fe(ⅱ)edta辅助光催化no合成氨的方法，包括以下步骤：
52.(1)fe(ⅱ)edta溶液的配制：
53.将1.0g fecl2和2.8g k2edta溶解在1000ml去离子水中，fe(ⅱ)edta浓度为7.8mmol/l；
54.(2)反应溶液的配制：
55.在搅拌转速为1000r/min下，将50mg au/p25催化剂与10ml甲醛溶解在100ml水中，加入0.8ml fe(ⅱ)edta溶液，制得反应体系溶液；
56.(3)光催化反应：
57.将500ppm no以60ml/min的流速持续通入反应体系溶液中，在no浓度达到平衡后，开启氙灯，在光强为250mw/cm3下进行光催化反应。
58.(4)产物的检测：
59.将尾气接入烟气分析仪进行实时监测，用光催化反应开始时的浓度减去结束时的no浓度差，再除以no初始浓度，得到no的去除率；将反应溶液离心后，取上清液送入离子色谱进行氨的测定。实验测得no去除率为65％，合成氨的选择性为40％，产氨效率为3.80mmol g-1
h-1
。