硅藻土负载型非均相芬顿催化剂制备及其降解苯酚的实验研究

以硅藻土为载体,采用直接蒸发法负载铁的氧化物,制备了一种新型负载型非均相芬顿催化剂,通过SEM、EDS和XRD等对催化剂进行了表征,并以苯酚去除率考察了催化剂性能。结果表明:铁氧化物可成功负载于硅藻土上;催化剂制备时最优铁离子浓度和固液质量比分别为0.5 mol/L和1∶10;催化剂重复使用性高,耐酸碱性良好,对苯酚的去除率可达99%以上。催化剂利用了硅藻土优异的物化性质,对难降解有机废水具有良好的应用前景。     

Fe_3O_4/石墨烯活化过硫酸盐降解罗丹明B废水的研究

利用水热法合成石墨烯负载Fe3O4催化剂,利用X-射线衍射、红外光谱、比表面积等对其进行表征。以Fe3O4/石墨烯为催化剂,活化过硫酸钾降解罗丹明B,考察了石墨烯与Fe3O4配比、催化剂用量、氧化剂浓度、pH值和温度等因素对其降解性能的影响。石墨烯的加入可以显著提高罗丹明B的降解率,氧化剂用量的增加有利于降解反应,弱酸性条件有利于降解;温度升高对罗丹明B降解有利。在该反应体系中存在的自由基以SO-4为主,·OH和O-2为辅。     

CeO2负载型双金属Pd/Fe催化还原四氯化碳的实验研究

实验采用共沉淀法制得CeO_2负载型双金属Pd/Fe催化剂,并对催化剂的结构特征进行了X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析.使用负载型双金属催化剂对四氯化碳进行还原脱氯研究,探究了温度、溶液初始pH值、催化剂投加量及不同钯载率对四氯化碳脱氯的影响;对比了不同催化剂包括纳米零价铁、纳米钯铁双金属和CeO_2负载型双金属Pd/Fe对四氯化碳的脱氯效果.实验结果表明负载型双金属催化剂在温度为40℃,溶液初始pH为6.5,催化剂投加量为0.4 g·L-1,钯载率为0.5%的条件下,对初始浓度为5 mg·L-1的四氯化碳的去除率高达99.88%.在相同的反应条件下,纳米零价铁和纳米钯铁双金属对四氯化碳的脱氯率分别为58.25%、87.94%.此外,对四氯化碳的脱氯机制进行了探讨.     

树脂负载Fe3+/Cu2+多相类芬顿降解染料橙黄

制备了新型多相类Fenton催化剂(Fe3+cu2+)/R(Fe3+和cu2+同时负载于离子交换树脂),以橙黄Ⅳ为研究对象,探讨了初始过氧化氢浓度、橙黄Ⅳ浓度、催化剂量、初始pH值及温度等因素对催化反应速率的影响,并对该催化剂重复使用性能进行测试.研究结果表明,该催化剂(Fe3++Cu2+)/R与Fe3+/R相比表现出更好的催化过氧化氢分解的活性,使橙黄Ⅳ的降解率提高10%;催化过氧化氢氧化橙黄Ⅳ的反应遵循假一级反应动力学,反应活化能为10.71 kJ·mol-1;催化剂表现出良好的重复使用性能,Fe3+和cu2+在树脂表面负载比较牢固,具有较好的稳定性和耐用性.同时,电子顺磁共振(EPR)测试结果表明,cu2+的掺杂能有效地促进OH·的产生;X射线光电子能谱(XPS)测试结果表明,反应过程中存在高价态铁物种.因此,在该体系反应过程中产生的活性物种是OH·和高价态铁同时共存.     

负载型纳米Pd/Fe对氯代烃脱氯机理研究

采用实验室制备的负载型纳米Pd/Fe对几种常见的挥发性氯代烃:四氯乙烯(ICE)、三氯乙烯(TCE)、1,1-二氯乙烯(1,1-DCE)、氯乙烯(VC)和林丹(γ-HCH)进行了还原脱氯研究.负载型纳米Pd/Fe对PCE、TCE、1,1-DCE、VC和γ-HCH的还原脱氯符合准一级反应动力学方程,其反应速率常数分别为2.79 h-1、2.35 h-1、1.12 h-1、2.14 h-1和4.02 h-1.氯代烃降解过程中几乎没有中间产物生成,终产物主要为C2 H6和C2 H4,如对TCE进行降解时,生成的C2H6和C2 H4分别占总碳质量比的70%和10%.采用暴露在空气中24 h的负载型纳米Pd/Fe对PCE进行脱氯,8次循环后仍能对PCE快速完全降解,表明负载型纳米Pd/Fe的稳定性能良好.以γ-HCH为目标污染物对负载型纳米Pd/Fe的反应持久性进行了研究,200 h后负载型纳米Pd/Fe的反应性没有明显降低,表明负载型纳米Pd/Fe反应持久性能良好.温度对负载型纳米Pd/Fe的脱氯反应影响较大,测得各氯代烃脱氯反应的活化能均高于29 kJ·mol-1.对PCE、TCE进行了脱氯动力学模拟,模拟结果与试验数据基本吻合,表明负载型纳米Pd/Fe对氯代烃的脱氯,是连串、平行及多步骤反应的结合.     

负载型纳米Fe与负载型纳米Fe-Ni降解甲基橙的对比研究

以阳离子交换树脂为载体,合成了负载型纳米Fe和负载型纳米Fe-Ni双金属材料,并采用扫描电子显微镜和能谱分析对该材料进行表征,考察了m(FeSO4):m(树脂)、负载纳米材料加入量、溶液pH等因素对甲基橙降解率的影响.结果表明,两种负载纳米材料对0.05 g·L-1甲基橙均有较好的降解效果,甲基橙的降解率随负载纳米材料加入量的增加而增加;纳米双金属材料中Ni含量的增加有利于甲基橙的降解.在pH =4酸性条件下降解效果最佳.在优化的降解反应条件下,对比研究了负载型纳米Fe和负载型纳米Fe-Ni对甲基橙的降解效果.结果表明,负载型纳米Fe-Ni对甲基橙的降解效果要优于负载型纳米Fe.制备的材料在多次使用后经活化,仍有良好的催化稳定性.     

树脂负载FeⅢ F催化过氧化氢降解染料孔雀石绿

为强化多相类芬顿反应的速率,以氟为配体的三价铁氟化合物（FeⅢF/R）为催化剂,进行催化过氧化氢降解孔雀石绿实验.同时,探讨了初始pH值、温度、过氧化氢初始浓度和孔雀石绿初始浓度等对反应速率的影响.结果表明,与FeⅢ/R相比,催化剂FeⅢF/R具有更强的催化活性,能强化羟基自由基（OH· ）的产生.反应的最佳pH值为6.0;反应速率常数与过氧化氢和孔雀石绿（MG）的初始浓度呈正相关;温度越高,反应速率越快,反应遵循假一级反应动力学,反应活化能为89.30 kJ· mol-1.催化剂重复使用表明,铁在树脂表面负载比较牢固,具有较好的稳定性和耐用性.     

铁铜催化剂非均相Fenton降解苯酚及机制研究

通过浸渍法制备了负载于活性炭(AC)上的金属催化剂Fe/AC、Cu/AC和Fe-Cu/AC,并通过X射线衍射(XRD)、物理吸附仪及X射线光电子能谱(XPS)对其进行了表征.研究了非均相Fenton反应催化H2O2降解苯酚废水的工艺参数,并通过中间产物分析和电子自旋共振谱(ESR)探讨了过程反应机制.实验表明,Cu/AC催化剂中铜主要以CuO形式存在,Fe/AC中铁以多价态形式存在,以无定形形态分散于活性炭中.Fe/AC、Cu/AC和Fe-Cu/AC催化过氧化氢降解苯酚60 min内降解率分别达到96.7%、77.5%和99%;Cu/AC和Fe-Cu/AC催化剂中活性组分铜和铁有一定溶出,而Fe/AC中活性组分铁溶出很少,苯酚降解主要是以非均相催化为主,同时在三轮循环实验后的苯酚降解率仍然高达93%以上,显示了良好的催化稳定性.在优化条件pH=3、T=303 K及初始H2O2为4.38 mmol.L-1下,Fe/AC催化过氧化氢对苯酚和TOC去除率分别达到97%和53%,没有催化剂时苯酚几乎不降解.ESR结果表明Fe/AC催化过氧化氢产生了羟基自由基,证明苯酚降解是以羟基自由基氧化为主;通过高效液相色谱(HPLC)检测苯酚降解中间产物主要有邻苯二酚、对苯二酚和对苯醌,推测苯酚降解途径主要为邻位和对位的羟基取代反应.     

活性炭负载铁催化过硫酸盐降解酸性大红3R

采用浸渍-高温煅烧法制备负载型的Fe/活性炭催化剂,利用电镜扫描(SEM)、X射线衍射(XRD)对催化剂进行表征.并以酸性大红3R为目标污染物,用此催化剂研究了过硫酸盐在非均相催化体系的氧化性能.考察了Fe负载量、过硫酸钠用量、催化剂用量、初始污染物浓度等因素对酸性大红3R降解的影响,并对催化剂重复使用性能进行测试.结果表明,Fe负载量为6%时,催化降解效果最好;当Na2S2O8浓度为3.0 g·L-1,催化剂用量1.5 g·L-1,降解3 h时,酸性大红3R去除率达80%以上;催化剂可重复使用5次以上.同时还采用紫外可见、气相色谱-质谱分析其降解的历程.     

臭氧催化氧化降解硝基苯的实验研究

文章采用催化臭氧氧化技术处理抽出的浓度较高的硝基苯等难降解有机物进行了研究。实验结果表明:在前期实验得出催化剂制备最佳条件下,即采用锰和铁的硝酸盐溶液(金属元素质量10%)浸渍二氧化硅,Mn:Fe浓度比3∶1,在450℃焙烧6小时,在50℃老化5小时,考察了臭氧/Mn-Fe/载体二氧化硅体系中,空气曝气、催化剂的吸附、初始浓度的增加、pH值等的影响。在Mn-Fe负载二氧化硅催化剂的催化臭氧氧化降解硝基苯过程可能遵循羟基自由基机理。     

生物炭负载铁前后对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失和形态转化的影响研究

复合污染土壤中Cd、Cu等阳离子重金属与As具有不同的化学性质和迁移转化行为.本研究以负载铁前后的小麦秸秆生物炭作为修复材料,研究酸雨淋溶条件下两者对复合污染土壤中Cd、Cu、As淋失量及赋存形态的影响;通过分析淋滤液pH值、电导率和溶解性有机碳含量等,探讨其可能的作用机制.结果表明,生物炭和负载铁生物炭均显著提高了淋滤液pH值和电导率.溶解性有机碳淋失量在生物炭处理中较对照(CK)处理提高3.4%~15.9%,而在负载铁生物炭处理中则降低27.3%~60.8%.与生物炭不同,负载铁生物炭能够不同程度地降低Cd、Cu和As的淋失,5%施用量下累积淋失量较CK处理分别降低85.7%、19.0%和62.1%.对淋溶后土壤中重金属和As赋存形态进行分析发现,施用生物炭促进了土壤中Cd和Cu由酸提取态向残渣态转化,却使As由无定形及弱结晶铁铝氧化物结合态向专性吸附态转化.负载铁生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu和As含量,相较于CK处理酸提取态Cd、Cu和非专性吸附态As含量分别减少3.6%~13.4%、7.5%~24.4%和19.0%~58.8%,而可还原态Cd和残渣态Cu、As含量分别增加4.3%~43.3%、2.2%~18.1%和44.9%~53.5%,其中,5%施用量下差异达到显著水平.综合而言,在5%施用量下,生物炭能够降低土壤中有效态Cd、Cu含量,却提高了As的迁移性和有效性;而负载铁生物炭既降低了酸雨淋溶条件下Cd、Cu、As的淋失,还促进了土壤中Cd、Cu、As由有效态向潜在有效态或稳定态转化,是修复重金属和砷复合污染土壤的有效材料.     

过渡金属元素掺杂改性SCR对零价汞的催化氧化性能

为提高商用SCR催化剂对Hg0(零价汞)的催化氧化活性,研究了过渡金属对其进行掺杂改性的方法,并利用固定床反应平台考察了不同试验条件下改性催化剂对Hg0的氧化效率. 结果表明:Y、Zn、Ni和Zr等过渡金属的掺杂可明显抑制SCR催化剂的催化活性,而Fe、Cu掺杂改性SCR催化剂对Hg0的催化氧化性能有显著提升. 在反应温度为350 ℃、空速比为370 000 h-1、φ(HCl)为1×10-5的条件下,Fe、Cu掺杂改性的SCR催化剂对Hg0的氧化效率均能达到90%以上,并且Fe掺杂改性后的SCR催化剂的脱硝性能也未受到明显影响. 借助XRD和XPS等表征手段,对反应前后Fe掺杂改性SCR催化剂进行了研究,表明Fe改性SCR催化剂遵循Mars-Maessen和Langmuir-Hinshelwood机制,可明显提高对Hg0的催化氧化效率,因此,应用前景较好.      

复合催化剂对气相苯和甲苯的光催化降解研究

研究了在无催化剂、纯锐钛矿、纯金红石以及复合催化剂时苯和甲苯的光催化降解情况,考察了反应物初始浓度以及不同催化剂组成时苯和甲苯的光催化降解. 结果表明,使用锐钛矿催化剂,苯和甲苯降解效率都有很大提高,而使用金红石催化剂,苯和甲苯降解效率提高的幅度不大,这主要与锐钛矿和金红石的晶体结构有关. 在无催化剂和以金红石为催化剂时,甲苯比苯更容易降解;以锐钛矿为催化剂时苯比甲苯更容易降解. 初始浓度对苯和甲苯的光催化降解过程有一定的影响,在低浓度时降解速率较快,而在高浓度时降解速率较慢. 在锐钛矿催化剂中掺入一定量的金红石可提高催化剂的光催化活性. 对于苯,锐钛矿80%、金红石20%的复合催化剂光催化活性最高;而对于甲苯,锐钛矿90%、金红石10%的复合催化剂光催化活性最高.     

应用热分析法研究多环芳烃的催化深度氧化

应用热分析技术对多环芳烃化合物催化氧化反应过程中催化剂初活性进行评价。比较了两种样品前处理方法,测定结果基本一致。分别测定了六种不同组分的过渡金属氧化物催化剂的初活性。考察了多环芳烃结构对其催化氧化难易的关系。实验结果表明,热分析可作为评价高沸点有机化合物深度氧化催化活性的可靠方法,且简便易行。     

典型燃煤电厂废SCR催化剂解析及环境管理思考

目的提出废烟气脱硝催化剂成分解析、产生量预测及处理处置的对策。方法用ICP方法对烟气选择性催化还原脱硝过程中产生的大量废SCR催化剂化学成分等进行分析。采用数学模型对废SCR产生量进行估算,并在此基础上给出将废SCR催化剂列入危废名单的原因。结果在燃煤电厂装机容量的基础上进行理论推算,我国将从2017年开始大量产生SCR催化剂固体废弃物,并会逐年增加,在2020年以后逐步稳定在25×104~30×104 m3/a。废SCR催化剂中Ti的含量最高,约占23.3%~46.2%。W,V,Mo,Ba是SCR催化剂中的活性组分,并且不同SCR催化剂中活性组分的含量并不相同。钒的含量对废SCR催化剂的潜在判定影响较大。SCR催化剂可能会吸附砷、汞、镉等重金属以及各种飞灰成分等物质,从而增加了废SCR催化剂的化学成分。依据《国家危险废物名录》第二条的相关规定,鉴于废烟气脱硝催化剂不排除具有危险特性,且不处理或处理不当可能对环境或者人体健康造成有害影响。基于此,本研究团队将烟气脱硝过程中产生的废钒钛系催化剂建议纳入危险废物统一管理。结论废SCR催化剂是我国近期出现并将长期存在的一种脱硝危废,尚缺乏符合国情的处理处置经验。为了建设"天蓝、地绿、水清"的美丽中国,需要继续探索可行的废SCR催化剂的监督和管理措施,完善各项标准和法规,最终实现对废SCR催化剂进行有效的监管。     

1000MW燃煤电厂商业SCR脱硝催化剂的失活

以浙江某燃煤电厂1000MW商业SCR脱硝催化剂为研究对象,通过催化表征和活性评价综合分析该电厂1000MW商业SCR脱硝催化剂的失活原因.研究表明,催化剂的失活是多种因素共同作用的结果,（1） Fe,S,K和As元素中毒,其元素含量较新鲜催化剂分别增加了318.0%,233.3%,199.3%和99.8%;（2）催化剂表面孔道的飞灰堵塞,硫酸盐类沉积以及长时间高温反应造成催化剂的烧结和颗粒物的团聚,导致失活SCR脱硝催化剂比表面积较新鲜催化剂下降了20.3%;（3）活性组分V的价态变化造成V⁴⁺/V⁵⁺的比值由6.46下降至1.35,以及Lewis酸位点减少了34.2%,从而导致催化剂的失活.     

锰前驱体对MnO_x/TiO_2催化剂低温选择性催化还原NO_x影响

以醋酸锰和硝酸锰为前趋体通过浸渍法制备了MA和MN两种系列的MnOx/TiO2催化剂,结合BET、XRD、TPR及FT-IR等手段对催化剂进行了表征,并进行了比较,同时对两种系列的催化剂进行了选择催化还原脱硝的活性测试。结果表明,MA和MN均具有良好的低温催化活性,脱销效率随温度的变化趋势基本相同,在80℃时已经达到80%的脱硝效率;随着温度的升高,在200℃时效率上升至接近100%。通过对催化剂性能测试比较表明,锰的含量对于催化剂的活性有一定的影响。总体上看,MN具有更好的活性,脱销效率较高,并且其活动的窗口也是相对更宽,可能是因为以硝酸锰为前躯体制的的催化剂中MnO2的含量相对较多,即两类前驱体在制备过程中与载体之间的相互作用不同,导致最终催化剂表面活性组分MnOX结构和价态的不同,从而影响催化剂的低温活性。     

不同纳米级锐钛型TiO2的V2O5基催化剂脱氮性能

以2种不同纳米级锐钛型TiO2为载体负载V2O5和WO3制备得到脱氮催化剂H和Z,在自制固定床反应器中测试其DeNOx活性,结果表明,催化剂H的活性比催化剂Z低得多.利用XRD、BET、FT-IR和SEM等手段对2种催化剂进行比较,BET表面积虽然会对DeNOx活性产生一定的影响,但催化剂H主要因为活性物质V2O5和载体TiO2发生反应,生成V3Ti6O17,导致其DeNOx活性大幅下降,而在催化剂Z中TiO2仍然保持锐钛型,未与V2O5发生反应.     

Cu-Mn-Zr复合催化剂制备及其催化氧化乙酸乙酯性能

采用溶胶凝胶法制备了4种不同金属摩尔比的Cu-Mn-Zr复合催化剂，利用BET、XRD和XPS对其进行了表征分析，通过固定床管式反应器评价了其对乙酸乙酯模拟气体的催化活性，定性测定了其催化反应降解产物.结果表明，Mn的加入增大了催化剂的比表面积和总孔容，催化剂的N₂吸附-解吸等温线为IV型.Cu-Zr（1：1）催化剂观察到氧化铜晶体和四方晶型氧化锆晶体，氧化铜晶体随着Cu比例的减小而降低，Mn的加入导致氧化锆晶体消失.催化剂无固定形态，呈现良好的分散性.增大Mn/Zr摩尔比能提高催化活性.Cu-Mn-Zr的适当组分比能提高其低温催化活性，其中Cu-Mn-Zr（1：1：1）催化剂的低温催化活性与CO₂的选择性较佳，在200℃时对CO₂的选择性达到96.7%.降解产物分析表明，乙酸乙酯降解中间产物有乙酸和乙醇，最终降解产物主要有CO₂和H₂O等.