随着硝酸盐污染的日益恶化,硝酸盐会导致婴儿患上高铁血红蛋白症,已经成为世界性的环境问题。为此,迫切需要研究开发水中硝酸盐去除技术。其中化学催化还原被认为是最有应用前景的一种方法。目前对硝酸盐的催化还原研究主要集中在催化剂的催化活性和选择性上。本文在制备高比表面积纳米催化剂的基础上,采用甲酸作为还原剂,系统探索催化还原对硝酸盐的去除效能、影响因素、反应调控等方面的影响。本研究采用共沉淀法制备纳米复合载体TiO₂-SnO₂,采用湿式浸渍法制备单金属负载型纳米催化剂Pd/TiO₂-SnO₂。重点考察了煅烧温度和TiO₂掺杂量对TiO₂-SnO₂粒径及比表面积的影响,并对TiO₂-SnO₂和Pd/TiO₂-SnO₂进行了XRD、TEM、及BET比表面积等分析表征。结果表明,共沉淀法和湿式浸渍法均可以制备出粒径在9.0～10.0 nm左右的纳米级TiO₂-SnO₂和Pd/TiO₂-SnO₂颗粒。为了获得高比表面积的TiO₂-SnO₂载体,煅烧温度宜控制在500℃左右; TiO₂的掺杂量宜控制为10%,当TiO₂超过最大单层分散量10 %时,有晶相TiO₂生成,粒径增大,比表面积减小,催化剂的催化性能下降。对以甲酸为还原剂的Pd/TiO₂-SnO₂催化还原硝酸盐体系,考察了Pd负载比、TiO₂掺杂量、甲酸投加量、反应温度、硝酸盐初始浓度、水质条件等因素对催化还原去除硝酸盐的影响。结果表明,Pd负载比宜为4%,TiO₂掺杂量宜为10%。提高负载比可增加Pd/TiO₂-SnO₂转化硝酸盐的催化活性,但会降低其选择性;催化活性随TiO₂掺杂量先升后降,最佳掺杂量为10%,TiO₂掺杂量增大会增加其选择性。Pd/TiO₂-SnO₂催化活性与甲酸量正相关;随温度升高催化活性先升后降;Pd/TiO₂-SnO₂的选择性与甲酸量及温度负相关。为同时获得较高的催化活性和选择性,甲酸-Pd/TiO₂-SnO₂-硝酸盐催化还原反应的调控策略为:甲酸与硝酸盐的摩尔比宜大于4:1,可以有效抑制pH上升,获得较高的催化活性和选择性,若小于4:1,则硝酸盐不能完全转化;反应温度宜控制在25³5℃内,温度>45℃会使催化剂失活,温度<25℃会降低催化活性,需延长反应时间。水体中常见的阳离子K⁺, Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺,对催化还原的活性和选择性影响不大,然而水样中Fe³⁺存在使硝酸盐的转化速率加快,且氨氮生成大大增加;水体中常见的阴离子只有那些会与NO₃^-产生竞争吸附的阴离子才会对催化还原硝酸盐的活性和选择性产生影响,其余则无太大影响;水体中有机物会使硝酸盐去除速率下降。单金属Pd/TiO₂-SnO₂催化还原硝酸盐的作用机理可能是基于TiO₂-SnO₂的半导体性质,硝酸盐的氧原子与TiO₂-SnO₂表面产生的氧空位发生反应,将硝酸盐转化为亚硝酸盐,而亚硝酸盐在Pd-H作用下还原为氮气或氨氮。由TPR和IR的分析表征表明,TiO₂掺杂形成的复合载体TiO₂-SnO₂产生了新的Ti-O-Sn键。XPS分析表征表明Pd/TiO₂-SnO₂被还原时能生成氧阴离子空穴和低价态阳离子(如Sn³⁺和Ti³⁺),它们共同组成还原NO3-的活性位。因此掺杂后的Pd/TiO₂-SnO₂能增加催化剂的催化活性。甲酸- Pd/TiO₂-SnO₂催化还原硝酸盐反应符合L-H的一级反应动力学模型,反应速率常数为k为2.2640min^-1,表观吸附常数为0.0063 L/mg。