Effects of metal and acidic sites on the reaction by-products of butyl acetate oxidation over palladium-based catalysts

Catalytic oxidation is widely used in pollution control technology to remove volatile organic compounds. In this study, Pd/ZSM-5 catalysts with different Pd contents and acidic sites were prepared via the impregnation method. All the catalysts were characterized by means of N2 adsorption- desorption, X-ray fluorescence （XRF）, HE temperature programmed reduction （H2-TPR）, and NH3 temperature programmed desorption （NH3-TPD）. Their catalytic performance was investigated in the oxidation of butyl acetate experiments. The by-products of the reaction were collected in thermal desorption tubes and identified by gas chromatography/mass spectrometry. It was found that the increase of Pd content slightly changed the catalytic activity of butyl acetate oxidation according to the yield of CO2 achieved at 90%, but decreased the cracking by-products, whereas the enhancement of strong acidity over Pd-based catalysts enriched the by-product species. The butyl acetate oxidation process involves a series of reaction steps including protolysis, dehydrogenation, dehydration, cracking, and isomerization. Generally, butyl acetate was cracked to acetic acid and 2- methylpropene and the latter was an intermediate of the other by-products, and the oxidation routes of typical by-products were proposed. Trace amounts of 3-methylpentane, hexane, 2-methylpentane, pentane, and 2-methylbutane originated from iso4merization and protolysis reactions.     

活性炭催化过氧化氢去除荧光增白剂

研究了活性炭(activated carbon,AC)吸附、改性活性炭(activated carbon modified,ACM)吸附、过氧化氢(H2O2)氧化、AC催化H2O2等方法对水体中荧光增白剂VBL的处理效果,并通过自由基俘获剂叔丁醇、催化过程气体分析等探讨了AC催化H2O2分解VBL的机制.结果表明,经硝酸铁[Fe(NO3)3]改性过的ACM对VBL的吸附去除率高于未改性的AC.活性炭催化H2O2对VBL的去除效果明显,但未改性AC催化去除率高于ACM.60 min时,AC催化氧化去除率即可达到95%以上,而ACM仅为58%.叔丁醇的加入降低了AC和ACM催化氧化对VBL的去除率,表明AC催化H2O2氧化能促进H2O2形成羟基自由基(·OH)和原子氧参与反应.AC催化H2O2分解及释放气体分析表明,AC能催化H2O2形成氧气并放热,且ACM明显快于AC.结合催化H2O2去除VBL效率的结果分析,ACM催化反应时活性中间物(自由基和原子氧等)产生速率快于AC,活性中间物自身消耗形成氧气,而不是用于分解VBL.催化反应中活性中间产物的形成速率与反应物供给速率的不匹配可能是导致ACM催化效果弱于AC的重要原因.     

提高污泥碱性发酵挥发酸积累的新方法

为了加大剩余污泥在碱性条件下的水解酸化程度,本研究尝试了两种新的能促进污泥碱性发酵产酸的方式,分别是向批式的污泥碱性发酵系统中投加未灭菌发酵污泥和投加灭菌发酵污泥,结合温度的影响(10℃和35℃)分别考察了这两种方式对污泥水解酸化效果的影响.结果表明,中温有利于水解酶和产酸菌作用的发挥,增大了污泥的水解酸化程度,体系内有明显的挥发酸(VFAs)积累.35℃条件下,两种方式都在很大程度上促进了新鲜污泥的水解酸化程度,经灭菌后的发酵污泥的投加较等量的未灭菌的发酵污泥的投加效果更为显著.前者的水解速率是后者的2倍,发酵末期酸积累量为后者的1.5倍,且前者在较长的发酵时间内VFAs含量维持恒定.分析两种方式能促进污泥水解酸化的原因得到:未灭菌发酵污泥的投加是向系统中引入了一定量的产酸菌,灭菌发酵污泥的投加引入了大量的较易水解的有机底物.水解产物的增加能在更大程度上影响产酸的效果.因此,中温条件下向污泥碱性发酵系统中投加经灭菌处理后的发酵污泥是提高剩余污泥发酵产酸量更为有效的方式.     

双组分VOCs的催化氧化及动力学分析

考察了微波加热与管式炉加热下挥发性有机化合物(VOCs)甲苯与氯苯的催化氧化性能,并对双组分VOCs的反应动力学进行了分析.结果表明,VOCs的竞争吸附使得双组分中甲苯和氯苯的转化率比单组分降低3%~12%;微波的"热点效应"与"非热效应"使得VOCs转化效率明显优于管式炉加热,尤其是氯苯的转化率提高了31%~38%;微波加热降低了氧化反应温度和处理能耗.动力学分析表明,微波加热下甲苯和氯苯的反应活化能比管式炉加热下减少了2146 J·mol-1和1450J·mol-1,微波加热下氯苯的化学反应速率常数是管式炉加热的35倍,甲苯的反应速率常数提高了6倍.     

粉煤灰负载Fe2O3脱除气态单质汞的试验研究

在固定床反应器中研究了利用燃煤电厂固废粉煤灰(FA)负载Fe2O3所制备的Fe2O3/FA催化剂对气态Hg0的脱除情况,发现Fe2O3/FA具有较高的脱除Hg0的能力.同时,考察了Fe2O3负载量、温度、空速、Hg0浓度、烟气成分等对Fe2O3/FA脱除Hg0的影响.结果表明,Fe2O3/FA对Hg0的脱除能力随Fe2O3负载量(1%~10%)的增加和温度(120~200℃)的升高而增强;Fe2O3/FA在较低的空速和Hg0浓度条件下表现出了更高的脱除Hg0的活性;HCl和O2促进了Fe2O3/FA对Hg0的脱除,而SO2和H2O抑制了Fe2O3/FA对Hg0的脱除.逐级化学提取实验结果证实,Fe2O3将Hg0氧化为Hg2+的化合物并吸附在FA上,这是Fe2O3/FA具有较高的脱除Hg0能力的原因.     

氟磺隆水解动力学研究

采用试验室内模拟试验的方法,研究不同pH的缓冲溶液和不同自然水体对氟磺隆水解的影响。实验结果表明,不同pH缓冲溶液和不同自然水体对氟磺隆水解速率均有不同程度的影响。在碱性条件下氟磺隆的水解速率最快,半衰期为0.2 d,酸性条件下次之,半衰期为6.0 d,在中性条件下水解较慢,半衰期为15.7 d,而在不同自然水体中氟磺隆的降解速率为:伊通河水稻田水青湖水蒸馏水。     

复合催化膜生物反应器处理一氧化氮废气研究

采用溶胶-凝胶法以聚砜(PSF)中空纤维膜为载体制备了Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜,以此构建新型复合催化膜生物反应器(HCMBR),实现膜催化与硝化反硝化耦合烟气脱硝,进一步提高NO去除能力.采用Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜生物反应器(HCMBR)处理一氧化氮废气,实现了180 d长时间高效稳定运行,NO去除效率可达93.2%,去除能力可达167.1g·(m~3·h)~(-1).适宜运行条件为:气体停留时间9 s、自然光光照强度670 lx,p H为6.8~7.2,n C/n N=3.7.Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜加入,复合催化膜生物反应器去除NO的效率比膜生物反应器提高了1.4%~13%,在Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜附着稳定的生物膜后,复合催化膜生物反应器去除NO的效率比湿式膜催化反应器提高了59.5%~66%.     

电化学还原-氧化工艺降解4-氯酚的毒性研究

采用紫外光还原法制备了Pd-Fe/石墨烯催化阴极,并以Ti/IrO_2/RuO_2为阳极,构成三电极体系(双阴极)和两电极体系(单阴极)的电化学还原-氧化降解工艺,分别对4-氯酚进行降解.采用离子色谱、高效液相色谱、TOC仪对4-氯酚降解过程中中间产物及其浓度进行测定.根据公式计算降解过程中理论计算毒性值,应用发光细菌法测定降解过程中的实际毒性值,对理论计算毒性值与实际毒性值进行比较,分析不同体系下降解过程中毒性的变化规律.结果表明,两种工艺体系在最佳降解条件下,阴极室毒性均呈下降的趋势,由于降解过程中在阳极室生成高毒性的苯醌,阳极室毒性均先升高后降低.通过相关性分析得到,两种体系理论计算毒性与实际毒性在P=0.01水平下,相关性系数均为1,显著相关,表明降解过程中实际毒性的测定结果真实可靠.降解至120 min时,三电极体系毒性小于两电极体系,表明三电极体系优于两电极体系.据此提出实际毒性测定方法在电化学还原-氧化工艺降解氯酚类有机废水毒性测试的工业应用中有着广泛的前景.     

EDTA优化纳米Pd/Fe对2,4-D的催化脱氯研究

采用EDTA优化纳米Pd/Fe催化脱氯水中2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D),并考察了EDTA投加浓度、pH、钯化率、温度等因素对2,4-D还原的影响.结果表明,EDTA的加入络合了纳米Pd/Fe在催化脱氯过程中生成的铁离子,抑制纳米Pd/Fe颗粒表面钝化层的形成,提高了体系的反应活性.适宜的EDTA浓度、低pH、高钯化率、低温等有利于2,4-D的还原脱氯.当EDTA浓度为25.0 mmol·L-1,纳米铁含量为1.0 g·L-1,初始pH=4.3、钯化率为0.5%,温度为25.0℃,搅拌速率为200 r·min~(-1)时,反应50 min,10.0 mg·L-1的2,4-D去除率及苯氧乙酸(PA)生成率均达到100%.     

Fe-Ce/GAC催化臭氧降解高浓度腐殖酸废水

采用浸渍焙烧法制备了Fe-Ce/GAC催化剂,并用于催化臭氧降解模拟高浓度腐殖酸废水.以废水COD、腐殖酸浓度为考察指标,研究了Fe-Ce/GAC催化剂的前驱体无机铁盐种类、焙烧温度、铁盐浓度、助剂稀土元素种类及浓度、分散剂硝酸钾浓度等不同制备条件对催化臭氧降解腐殖酸的效果.试验表明,在腐殖酸浓度为3.00 g·L~(-1)、pH值约8.0、温度为25℃、臭氧投量为1.24 g·h~(-1),反应40 min后COD、腐殖酸去除率仅为17.1%、43.0%;添加以2.0%硝酸铁、1.5%硝酸铈、1.0%硝酸钾溶液浸渍,经350℃焙烧3 h后制备的Fe-Ce/GAC催化剂,可使COD、腐殖酸去除率分别提高40.3%、31.8%.且Fe-Ce/GAC催化剂具有较好的稳定性,重复使用5次后,COD、腐殖酸去除率仅小幅降低了4.2%、9.1%.SEM图象显示活性炭经改性后,比表面积明显增大,有利于活性物质的负载;EDS分析表明催化剂负载了大量的Fe、Ce等金属物质;XRD图谱显示催化剂含有Fe_2O_3、CeO_2等多种活性物质.Fe-Ce/GAC催化臭氧的机理可解释为:活性成分氧化铁在催化过程中生成的羟基氧化铁会促进羟基自由基的生成,而铈元素在催化过程中不仅会提高催化剂的活性,而且生成的化学吸附氧可促进对有机物的吸附及氧化.