负载型Pt基催化剂对新型碘代消毒副产物碘乙酸的催化加氢脱碘研究

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饮用水消毒过程中化学消毒剂与水体中天然有机物的反应导致了消毒副产物的产生,危害人体健康。碘代消毒副产物是一类新发现的、暂未纳入法规管理的新型消毒副产物,因比常规的氯代、溴代消毒副产物具有更高的毒性而受到越来越广泛的关注。碘乙酸(MIAA)作为典型的碘代消毒副产物,具有很高的细胞毒性和基因毒性且广泛存在于国内外的自来水中。然而,针对MIAA的处理技术的研究还十分匮乏。液相催化加氢脱卤技术因其高效、节能、环境友好等特点而被广泛应用于水体中卤代有机物的去除。催化剂是液相催化加氢脱卤体系中的核心部分,探索设计高效的催化剂是该体系研究中很重要的一个方面。负载型金属催化剂是催化加氢中常用的催化剂,载体的物理化学性质会对其催化性能产生很大影响。本文制备了一系列不同载体的Pt基催化剂并在不同反应条件下对MIAA进行了液相催化加氢脱碘反应,以此来探索高效催化剂和液相催化加氢脱碘反应的机理及影响因素。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、电感耦合等离子体-发射光谱(ICP-AES)、Zeta电位测定等手段进行催化剂表征,分析催化剂的结构特性,并结合表征结果,探讨了载体、活性组分、金属负载量对催化剂催化活性的影响以及污染物初始浓度、溶液p H等反应条件对催化过程的影响。首先,用以硼氢化钠(NaBH4)为还原剂的还原沉淀沉积法分别制备了以氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)和氧化铈(CeO2)为载体的负载型Pt基催化剂并进一步合成了以CeO2为载体,不同Pt负载量以及不同活性金属组分的催化剂,进行了MIAA的催化加氢脱碘反应。实验结果表明,在不同活性贵金属中,Pt具有最高的催化加氢脱碘活性,而由于较高的等电点和金属颗粒分散度,Pt/CeO2催化剂又较其他不同载体的Pt基催化剂表现出更高的催化性能。负载量的增加会导致Pt金属颗粒的团聚,降低金属颗粒在载体表面的分散度,减弱金属载体相互作用,但由于表面活性组分含量的增加,Pt/CeO2的催化活性随Pt负载量的增加而增大。MIAA在催化剂表面的反应符合Langmuir-Hinshelwood模型,催化过程受吸附所控制。溶液p H会影响污染物与催化剂之间的吸附,反应初活性随p H增大呈火山形变化趋势。经过多次循环使用后Pt/CeO2催化剂仍保持较高的催化活性,稳定性良好。其次,为了获得更高催化活性的催化剂,用CeO2对Al2O3载体进行修饰,综合利用两种载体的催化特性。用浸渍法分别合成了具有不同CeO2含量的CeO2(x)-Al2O3复合氧化物载体并同样用还原沉淀沉积法负载金属Pt。由于等电点的提高和金属载体相互作用的加强,复合氧化物载体催化剂Pt/CeO2(x)-Al2O3的催化活性高于单一载体负载的Pt/CeO2和Pt/Al2O3。催化剂的催化活性随着CeO2修饰量的增加先增大后减小。Pt/CeO2(20)-Al2O3上的Pt颗粒分散度最高,因此具有最高的催化活性。高金属负载量会对催化反应产生不利影响。溶液p H对催化活性的影响是静电作用与I-对催化剂的毒害效应共同作用的结果。由于循环反应过程中Pt颗粒和CeO2颗粒同时掉落,Pt/CeO2(x)-Al2O3的稳定性不如Pt/CeO2
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