催化加氢还原硝态氮的研究

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催化加氢脱除硝态氮技术是上世纪80年代末Vorlop K.D.发现的新方法,发展至今还不成熟,但是应用于脱除地下水中的硝态氮污染已经显示出诸多优势和令人乐观的前景;因具有高效、彻底以及不受温度和地下水中其它离子影响等优点已引起了国内外学者的广泛关注。 论文在现有研究报道的基础上,依据各种催化剂的催化加氢脱除硝态氮的效率,以催化剂本身为研究出发点,通过程序升温还原(TPR)、程序升温脱附(TPD)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(TEM)和BET比表面积测定等表征手段,系统的研究了TiO2(ZrO2)载体特性和PdCu结构形态对Pd-Cu/ZrO2和Pd-Cu/TiO2两种催化剂的活性和N2选择性的影响,剖析了Pd-Cu/TiO2(ZrO2)催化剂的脱氮活性及N2选择性的控制因素;并对Pd-Cu/TiO2(ZrO2)两种催化剂的催化脱氮实验数据进行了全面的分析和归纳,旨在为合成高效的硝酸盐脱氮催化剂提供科学资料和依据。 主要结论:1.就活性而言,Pd(5wt%)-Cu(1.25wt%)/TiO2(ZrO2)催化剂能高效的脱除水中的硝酸盐,其硝态氮脱除率超过99%。2.载体TiO2(ZtO2)的晶相结构对Pd-Cu/TiO2(ZrO2)的催化脱氮效果起着至关重要的作用,当载体TiO2为锐钛矿相,ZrO2为单斜相时其催化剂的催化脱氮效果最佳。3.在催化加氢脱氮反应中,Pd-Cu/TiO2催化剂的活性和选择性受pn影响很大,pH=5时Pd-Cu/TiO2的催化效果最佳;而Pd-Cu/ZrO2催化剂pH适应范围较广,pH=5-9之间时,催化剂的活性和选择性变化不大。4.对催化剂的比表面积而言,Pd-Cu/TiO2催化剂需要较大比表面积的载体;而Pd-Cu/ZrO2催化剂只需要中等的比表面积载体,而非载体比表面积越大越好。5.对Pd-Cu/ZrO2催化剂来说,Pd的负载量在5wt%条件下,PdCu质量比低于1∶1时,催化剂上只有Pd单金属和PdCu合金和混合物种:PdCu质量比高于1∶1时,催化剂上出现Pd单金属和PdCu合金或混合物种的同时也出现了Cu单金属。 6.对Pd-Cu/TiO2(ZrO2)催化剂来说,ZrO2载体上Pd单金属和含Pd量高PdCu合金或混合物种的数量及分布情况对催化加氢脱氮反应效果起了至关重要的作用。7.用于催化加氢脱氮催化剂的载体进入水相中须带正电荷,否则脱氮反应很难进行;同时,选择催化剂的载体时不能盲目追求载体的的特殊功能,还需要避免催化剂还原过程中中毒失活。论文最后,对下一步研究工作进行了展望。
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