Pd-Cu/α-Al2O3陶瓷膜催化还原水中硝酸盐的研究

论文摘要

随着工农业的发展,地下水中硝酸盐的污染问题已经成为严重的环境问题,引起了广泛的关注。为了有效地治理地下水中硝酸盐的污染,本文在对几种主要技术进行比较的基础上,着重对Pd-Cu/α-Al2O3陶瓷膜催化剂催化还原水中硝酸盐进行了研究。以多孔α-Al2O3陶瓷膜为载体,采用循环浸渍的方式负载Pd、Cu,制备Pd-Cu/α-Al2O3陶瓷膜催化剂。考察了在膜催化剂的作用下,以H2为还原物质,催化还原水中硝酸盐的反应,研究结果表明,1wt%Pd-0.5wt%Cu/α-Al2O3陶瓷膜催化剂能有效地去除水中的硝酸盐,反应120min以后,氮的脱除效率为93.6%。当控制反应过程中溶液pH值为4,催化剂的活性和选择性均为最高;提高反应过程中H2的压力有利于提高催化剂的活性,但H2的压力的提高会导致催化剂的选择性下降;溶液流速的提高有利于提高催化活性和选择性,但溶液流速过高会对陶瓷膜造成破坏;在实验浓度范围内,硝酸盐的催化还原反应为一级反应。在此基础上,还对水中常见离子对催化还原硝酸盐影响进行了研究,结果表明,几种阳离子对应的硝酸盐催化还原速率次序如下:K+＜Na+＜Ca2+＜Mg2+＜Al3+;在实验所考察的水中常见阴离子中,HCO3-的存在使得NO3--N的去除速率下降,NH4+-N的形成量增加,而Cl-和SO42-的存在对催化还原硝酸盐的活性和选择性影响很小。通过催化还原实际原水中硝酸盐的研究表明,水中存在的杂质会造成对膜催化剂的污染,导致硝酸盐去除速率的下降。借助SEM、XRD、EDX等分析手段对膜催化剂进行了表征,分析表明,Pd-Cu在α-Al2O3陶瓷膜上呈高度分散。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 文献综述
• 1.1 硝酸盐污染现状
• 1.1.1 国外硝酸盐污染状况
• 1.1.2 我国硝酸盐污染状况
• 1.2 硝酸盐污染的主要危害
• 1.2.1 对人体健康的危害
• 1.2.2 对家畜、生物及农作物的危害
• 1.3 硝酸盐污染的原因及防治对策
• 1.3.1 水环境中氮的存在形式
• 1.3.2 硝酸盐污染的主要来源
• 1.3.3 硝酸盐污染的防治对策
• 1.4 脱除地下水中硝酸盐的主要技术
• 1.4.1 物理法脱除地下水中硝酸盐
• 1.4.1.1 膜分离法
• 1.4.1.2 离子交换法
• 1.4.2 生物法脱除地下水中硝酸盐
• 1.4.2.1 原位生物处理技术
• 1.4.2.2 反应器生物处理技术
• 1.4.3 化学法脱除地下水中硝酸盐
• 1.4.3.1 活泼金属还原法
• 1.4.3.2 催化反硝化法
• 1.5 催化加氢还原水中硝酸盐
• 1.5.1 反应机理
• 1.5.2 催化剂的选择
• 1.5.3 催化载体的选择
• 2O₃载体催化剂'>1.5.3.1 Al₂O₃载体催化剂
• 1.5.3.2 活性炭载体催化剂
• 2和SnO₂载体催化剂'>1.5.3.3 CeO₂和SnO₂载体催化剂
• 1.5.3.4 玻璃纤维载体催化剂
• 1.5.3.5 其它载体催化剂
• 1.5.3.6 膜类载体催化剂
• 1.6 本论文的研究思路
• 第二章 实验系统与方法
• 2.1 实验药品与仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 膜催化剂的制备及表征
• 2.2.1 膜催化剂的制备
• 2.2.2 膜催化剂的表征
• 2.3 硝酸盐的催化加氢还原反应
• 2.3.1 反应装置
• 2.3.2 实验步骤
• 2.3.3 控制反应条件
• 2.3.4 检测方法
• 第三章 催化加氢还原水中硝酸盐的研究
• 3.1 制备工艺参数的影响
• 3.1.1 制备方法的影响
• 3.1.2 焙烧温度的影响
• 3.1.3 催化剂种类的影响
• 3.1.4 Pd/Cu比率的影响
• 3.1.5 Pd-Cu负载量的影响
• 3.1.6 浸渍顺序的影响
• 3.2 反应条件的影响
• 3.2.1 反应时间的影响
• 3.2.2 溶液pH值的影响
• 2压力的影响'>3.2.3 H₂压力的影响
• 3.2.4 溶液流速的影响
• 3^--N初始浓度的影响'>3.2.5 溶液中NO₃^--N初始浓度的影响
• 3.2.6 反应温度的影响
• 3.3 水中常见离子及杂质的影响
• 3.3.1 水中常见阳离子的影响
• 3.3.2 水中常见阴离子的影响
• 3.3.3 实际原水中杂质的影响
• 3.4 膜催化剂的表征
• 3.4.1 扫描电镜（SEM）测试表征
• 3.4.2 X射线能谱（EDX）测试表征
• 3.4.3 X射线衍射（XRD）测试表征
• 第四章 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文