Pd-Cu-AC催化还原去除水中硝酸盐研究-活性炭.docx

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Pd-Cu/AC催化还原去除水中硝酸盐研究

活性炭

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论文导读:：氯化钯、硝酸铜、硼氢化纳。按Pd/Cu比不同控制不同的铜含量。活性炭具有很大的孔隙率、比表面积。催化剂活性比生物反硝化酶的活性高得多。催化还原反应实验。硝酸盐对人体健康有很大危害。

关键词：钯，铜，活性炭，催化剂，催化还原，硝酸盐

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近几十年来，世界越来越多的国家和地区地下水硝酸盐浓度逐年上升[1-4]，地下水硝酸盐污染正在成为一个全球性环境问题。硝酸盐对人体健康有很大危害，容易导致婴幼儿恶性血红蛋白症，可能引起成人胃肠癌、淋巴瘤、脑瘤、甲状腺瘤等肿瘤疾病发生[5-8]。目前，世界卫生组织规定饮用水中的硝酸盐氮10mg?L-1，我国对于饮用水中硝酸盐氮的规定是20mg?L-1。

水中硝酸盐去除方法包括：物化法、生物法、化学法。物化法(离子交换、反渗透、电渗析)主要将硝酸盐进行浓缩分离，未将硝酸盐转化为无害物，浓缩液需后续的处理或处置[9-11]；生物反硝化是一种将硝酸盐选择性转化为无害气态N2的经济方法，但该过程操作控制困难，可能涉及外加碳源的问题，并伴有不良副产物生成[12]；此外，还可能存在细菌污染、处理水有机碳源残余、纯净水氯耗增加等问

题[13]。水中硝酸盐的化学催化还原过程可以在常温下将硝酸盐转化为N2，催化剂活性比生物反硝化酶的活性高得多活性炭，以H2为还原剂不会引起被处理水二次污染，是一种很有发展前景的饮用水脱氮方法。

与其他催化剂载体相比，活性炭具有很大的孔隙率、比表面积，性质稳定，表面官能团性质和组成可以根据需要通过适当方式调整，特别是通过煅烧的方式负载金属很容易，在催化剂领域的应用越来越广泛。

但迄今以活性炭为载体制备催化剂对水中硝酸盐进行催化还原处理的研究在国内还较为有限。由于原料、生产工艺的差异，不同活性炭表面物理化学性质存在较大差异，本文针对以国产活性炭为载体负载Pd-Cu双金属制备的催化剂，考察了不同钯/铜原子比、钯/铜负载量、溶液pH、H2投加流量、反应时间对催化还原反应过程影响的特点和规律。

1实验部分

1.1试剂与仪器

活性炭为重庆天池化工有限公司生产的椰壳活性炭，粒度10-24目；比表面积1100±50m2·g-1；碘值900-1100mg·g-1；苯酚吸附值150mg·g-1；四氧化碳吸附率50%-70%；亚甲蓝吸附值180±10。

硝酸钾，优级纯，天津市光复精细化工研究所；氯化钯、硝酸铜、硼氢化纳，分析纯，成都市科龙化工试剂厂；乙二胺四乙酸二钠，分析纯，重庆川东（化工）集团有限公司化学试剂厂；氢气（含量99.9%）。

DR5000型紫外可见分光光度计为美国HACH公司产品，PHS—25数显酸度计为杭州雷磁分析仪器厂产品，101-1型电热鼓风干燥箱为上海浦东荣丰科学仪器有限公司产品，FA1004B电子天平为上海箐海仪器有限公司产品，马弗炉4-10为上海东星建材实验设备有限公司产品，温度控制仪为上海东星建材实验设备有限公司产品。

1.2催化剂的制备方法

催化剂采用湿式浸渍法制备。以活性炭为催化剂载体，用去离子水洗净烘干，将洗净的活性炭用硝酸进行预处理，去离子水洗至中性后烘干，再用0.1mol·L-1的EDTA溶液浸渍，烘干，得到EDTA活性载体，留做备用。配制前体物PdCl2和Cu(NO3)2·3H2O的混合溶液20ml活性炭，使Pd2+浓度为1.2g·L-1，Cu2+浓度为0.72g·L-1；然后加入2g预处理过的EDTA活性载体，轻轻摇晃，浸渍24h后放入烘箱在105℃下烘干；干燥后移入马弗炉，于300℃下焙烧2h；自然冷却后将催化剂活化（活化过程为过量的NaBH4还原，去离子水充分洗涤后烘干，300℃焙烧2h）；用过量NaBH4还原，用去离子水充分洗涤后室温下晾干，即得到负载型催化剂Pd–Cu/AC。

1.3催化还原反应实验

催化还原反应实验在柱状玻璃反应器中进行，由反应器底部通入一定流量的H2，然后加入250ml浓度为100mg·L-1的硝酸盐溶液，H2通入30min后加入催化剂，加入催化剂后，反应计时开始，并用盐酸调节反应溶液的pH值，H2流量采用100ml·min-1。定时取出有代表性的水样，分别测定NO3-、NO2-和NH4+的浓度。NO3-用紫外分光光度法测定，NO2-用α-奈胺分光光度法测定，NH4+采用纳氏试剂法测定。

催化剂的活性和选择性分别由溶液中剩余的硝酸根的浓度和氨氮的生成率来反应。硝酸根残余浓度越小，催化剂活性越高；氨氮生成率越大，催化剂的选择性越差。氨氮生成率计算公式为：Y(NH4+-N)/%=ρ(NH4+-N)/(ρ0(NO3--N)-ρ(NO3--N)-ρ(NO2--N))。ρ0和ρ分别代表初始浓度和最终浓度。

2结果