论文部分内容阅读
随着我国工业化和农业化程度的提高,硝酸盐污染水资源问题已不容忽视。本文通过比较几种硝酸盐的处理技术,得出催化还原法是目前最有效、最经济、最友好的硝酸盐处理技术。本文重点研究Pd-Cu/AC和Pd-Cu/γ-Al2O3催化剂的制备工艺和用于催化还原硝酸盐反应的反应条件对该反应的影响,筛选出最优的催化剂制备工艺和反应条件。并将该工艺用于去除实际废水中的硝酸盐,考察实际废水水质对还原硝酸盐反应的影响,得出的主要结论有:(1)以活性炭粉末做载体,采用金属Pd做主催化剂,固定其负载量为5%,改变第二种金属的种类和双金属的质量比,催化剂的催化性能也随之改变。筛选出最优的5%Pd-1.25%Cu/AC催化剂用于催化还原硝酸盐的反应,当反应时间为60 min时,硝酸盐的去除率为100%。(2)优化5%Pd-1.25%Cu/AC催化剂用于催化还原硝酸盐反应的反应条件,探讨初始NO3-浓度、催化剂投加量、溶液pH值和氢气流量等条件对该反应的影响。最终确定当初始NO3-浓度为100 mg·L-1,催化剂的投加量为1 g·L-1,溶液pH为5.5,氢气流量为100ml·min-1,反应时间为60 min时的总氮去除率为73.2%。(3)Pd-Cu/AC催化剂用于催化还原硝酸盐的反应符合L-H 一级动力学模型。常温下NO3在催化剂表面的吸附平衡常数Kads=1.19×10-3 L·mg-1,表观反应速率常数 kapp=35.18 mg(L·g·min)-1。(4)以γ-A1203小球做载体制备Pd-Cu/γ-Al2O3催化剂,并用于催化还原硝酸盐的反应,考察催化剂的制备条件对催化活性和选择性的影响。发现催化性能会随浸渍顺序、双金属比例、金属负载量的变化而变化。最终确定当金属Pd的负载量0.2%,双金属Pd、Cu的比例为4:1,当反应时间为120 min时,硝酸盐的去除率为98.7%,总氮的去除率达到94.4%。(5)对制备的 Pd-Cu/AC 和 Pd-Cu/γ-Al203催化剂进行 BET、ICP、SEM、TEM、XPS等测试分析,结果显示活性金属Pd、Cu颗粒较小并且能均匀的分散在载体材料上。回收使用后的催化剂并再次利用,发现催化剂的催化性能几乎没有改变,说明这两种催化剂均稳定性较好。(6)将两种催化剂用于低浓度实际废水中硝酸盐的去除,结果显示:与以等NO3浓度的NaN03溶液作为实验进水相比,催化还原硝酸盐的活性和选择性均大幅下降,并且Pd-Cu/γ-Al203催化剂表现出更好的选择性。探究实际废水中杂质以及常见阴阳离子对硝酸盐还原反应的影响发现:杂质会降低催化剂的催化性能;常见阴离子中Cl-和SOC42-不会对该反应造成影响,而HCO3的存在会抑制该反应的进行,降低催化活性和选择性。常见阳离子对硝酸盐还原速率的影响顺序为:K+<Na+<Ca2+<Mg2+<Al3+。