Pd-Cu/AC催化还原去除地下水中硝酸盐研究

摘要

随着工农业的迅速发展，地下水中硝酸盐的污染已经成为严重的环境问题。催化还原是一种新型的水脱氮技术，该方法具有反应速率快、生成N2选择性高、能耗低且易操作等优点。催化还原硝酸盐技术被认为是一项有发展前景的脱除硝酸盐工艺。
　　本文以国产活性炭为载体，采用湿式浸渍法负载Pd、Cu，制备了双金属催化剂Pd-Cu/AC，对催化还原饮用水中的硝酸盐进行了研究。以活性炭为载体通过湿式浸渍法制备的Pd-Cu双金属负载催化剂，可以有效地通过催化还原反应过程去除水中硝酸盐。在单金属Pd催化剂的作用下，硝酸盐的催化还原反应进行速度很慢，100mg·L-1的硝酸盐原水反应2h后剩余浓度仍为70.33mg·L-1，双金属催化剂对于硝酸盐的催化还原来说是必不可少的。对于初始浓度100mg·L-1的硝酸盐溶液，采用半连续反应方式，双金属催化剂投加量为2g时，2h后硝酸盐转化率可达96％以上，氨氮生成率可控制在22%以内。
　　对于催化还原去除水中硝酸盐反应过程，以国产活性炭为载体的Pd/Cu双金属催化剂适宜的金属负载条件：Pd/Cu比为1：1（摩尔比）、双金属金属Pd-Cu负载总量为1.92wt%、金属负载顺序为同时浸渍。
　　氢气流量为100ml·min-1时，催化反应取得最佳效果，H2流量过低会影响催化反应的进程，H2流量为50ml·min-1时的反应速率常数仅为100ml·min-1时反应速率常数的61.89%；H2流量过高会影响催化反应的选择性，H2流量为300ml·min-1时氨氮生成率相较于H2流量为100ml·min-1时增加了3%。溶液pH控制在4.5-5.5之间时，可获得较高的硝酸盐转化率、较低的氨氮生成率。pH过高或者过低对催化剂活性和选择性都有不利影响，pH值为3.5-4.0时硝酸盐转化率为pH值为4.5-5.5时的95.6%，pH值为5.5-7.0的催化反应的氨氮生产率相较于pH值为4.5-5.5时增加了3%。
　　建立了Pd-Cu/AC催化还原水中硝酸盐反应的动力学模型，并确立相关模型参数的物理意义；揭示了负载金属原子比、Pd-Cu负载总量、氢气流量、pH、催化剂用量等因素对反应速率常数、平台稳定值等模型参数影响的特点和规律。
　　采用活性炭为载体的Pd、Cu双金属催化剂催化还原方法去除水中硝酸盐是有效的，可以克服常规物化方法和生物处理技术的缺点。对于初始浓度100mg·L-1的硝酸盐溶液，采用半连续反应方式，2h后硝酸盐转化率可达96%以上，氨氮生成率可控制在22%以内。该工艺可在室温下进行，反应速度快，操作管理方便，对技术、管理水平要求不高。对于分散的小规模城镇和农村饮用水供给、对于流动的野外饮用水供给，以活性炭为载体的催化剂催化还原去除水中硝酸盐是一项很具发展前景的技术。

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1 文献综述

1.1 地下水资源利用概况

1.2 地下水硝酸盐的污染现状

1.3 地下水硝酸盐的污染来源

1.4 地下水硝酸盐污染的危害

1.5 地下水硝酸盐氮污染的防治对策

1.6 地下水中硝酸盐的主要去除技术

1.7 论文的研究思路

2 催化还原试验系统与方法

2.1 实验材料和方法

2.2 结果与讨论

3 结 论

3.1 结论

3.2 论文的不足之处

3.3 今后要继续完成的工作

致谢

参考文献

附 录