Studies on catalytic reduction of nitrate in groundwater

Catalytic reduction of nitrate in groundwater by sodium formate over the catalyst was investigated. Pd-Cu/γ-Al₂O₃ catalyst was prepared by impregnation and characterized by brunauer-emmett-teller (BET), inductive coupled plasma (ICP), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and energy dispersive X-ray (EDX). It was found that total nitrogen was effectively removed from the nitrate solution (100 mg/L) and the removal efficiency was 87%. The catalytic activity was affected by pH, catalyst amount used, concentration of sodium formate, and initial concentration of nitrate. As sodium formate was used as reductant, precise control in the initial pH was needed. Excessively high or low initial pH (7.0 or 3.0) reduced catalytic activity. At initial pH of 4.5, catalytic activity was enhanced by reducing the amount of catalyst, while concentrations of sodium formate increased with a considerable decrease in N₂ selectivity. In which case, catalytic reduction followed the first order kinetics. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2006, 26(4): 567–571 [译自: 环境科学学报]     

Pd-Cu@UiO-66催化还原水中硝酸盐

为解决地下水中硝酸盐含量过高的问题,首次制备了双金属Pd-Cu@UiO-66催化剂用于催化还原水中硝酸盐的研究,重点考察了不同调节剂制备的载体和工艺条件对脱硝性能的影响。结果表明:采用盐酸制备的UiO-66载体,Pd、Cu金属负载量分别为1%,氢气流量为70 mL/min时,硝酸盐脱除率为97.4%,N₂的选择性可达到95.2%。pKa值越低的调节剂所制备的载体粒径越小,越有利于活性金属的分散,且形成的金属粒径较小。活性金属的高度分散有利于活化氢的生成及Cu的电子迁移,能够提高脱硝反应中N₂的选择性。在反应过程中,双金属的协同效应是影响催化性能的关键因素。     

负载Mn型类水滑石结构催化剂同时催化净化NOx和o-DCB研究

采用共沉淀法成功制备了钴铁层状双氢氧化物结构载体(CoFe-LDH),并采用浸渍法负载活性组分Mn经煅烧制备不同Mn负载量的类水滑石结构催化剂——Mn_xCoFe-LDO催化剂(其中x为硝酸锰与CoFe-LDH的质量比),探究了催化剂对典型工业尾气中氮氧化物(NO_x)和含氯挥发性有机化合物(CVOCs)的催化性能,并对催化剂进行XRD、H₂-TPR、NH₃-TPD及TEM-EDX mapping等表征。结果表明:Mn的加入会极大提高钴铁层状氧化物(CoFe-LDO)的催化性能,其中质量比为0.25的催化剂活性最高,测试温度范围内脱硝率维持在90%以上,且300℃邻二氯苯(o-DCB)的去除率可达到95.4%。在该配比下制备的催化剂活性组分Mn的分散性最好,且表面酸性位数量及氧化还原性能最佳。     

化学反硝化去除硝酸盐的试验研究

在间歇式完全混合反应器中,以Pd-Cu/γ-Al₂O₃为催化剂,对催化还原硝酸盐进行了实验研究.结果表明:在负载型金属催化剂作用下,硝酸盐能有效地被还原生成N₂,总氮的去除率达80%以上.催化剂的活性和对氮气的选择性受催化剂量、pH值、H₂的流量和压力、初始硝酸盐浓度等反应条件的影响,适当增加催化剂量和提高H₂的流量和压力都有利于提高催化剂的活性;而对于选择性,前者提高,后者则会导致降低,即控制反应扩散性能有利于提高催化选择性.在试验的浓度范围内,其催化还原硝酸盐的反应为一级反应.     

金属掺杂二氧化钛光催化还原硝酸氮

采用光沉积法制备了负载金属Fe或Cu的P25二氧化钛光催化剂,用TEM、ICP、XRD及UV-Vis等对其进行了表征,并测定其在20 W紫外灯照射下光催化还原硝酸氮、去除总氮的效果;考察了pH值、搅拌气体、金属的负载量、空穴清除剂甲酸的用量以及金属Ag-Cu复合沉积等条件的影响.反应2 h的结果表明,二氧化钛上载铜量增加,硝酸氮转化率随之增加,但最大总氮去除率和氮气选择性均出现在0.5%Cu负载量下;氮气搅拌和酸性条件下反应,形成氮气的选择性略低(62%),但最高的硝酸氮转化率和总氮去除率分别达到36.9%和23.2%;CO2作为搅拌气体.Cu的负载量为0.5%、甲酸用量为0.06 mol/L时.形成氮气选择性最好(88.4%).硝酸氮转化率和总氮去除率分别为29.5%和25.1%.同样条件下,采用二氧化钛上共沉积金属总质量分数为1%、Ag:Cu=1:1的催化剂,硝酸氮的转化率可达48.1%,总氮去除率为34.2%,氮气选择性为72.2%.     

Pd-Cu/石墨烯协同零价铁(Fe0)的催化反硝化实验

为解决城市污水处理厂二级出水中硝态氮含量较高的问题,对Pd-Cu/石墨烯协同零价铁（Fe0）的新型催化反硝化法处理水体中NO₃--N进行了深入研究,重点对催化反硝化操作条件进行了优化。研究发现,新型催化反硝化法获得较好催化效果的最佳运行条件为:Fe0投加量为4 g/L,m（Pd）:m（Cu）为3:1,溶液pH为4.2,Pd-Cu/石墨烯投加量为4 g/L,反应时间为2 h,此时系统的NO₃--N去除率及N₂转化率分别为78%和74%。在催化反硝化反应中,Fe0主要以电子供体存在,其在一定的酸性条件下,可触发催化反应的发生。催化反应发生在催化剂的金属活性位（Pd和Cu）上。NO₃--N在催化剂作用下,通过脱氧反应被逐步去除并转化为N₂。此外,催化剂载体及催化反应中的传质效果也是影响催化效果的重要因素。     

微介复合固体酸β分子筛催化芳烃硝化合成研究

研究了多级孔道β分子筛催化剂对芳烃(氯苯)的硝化反应,显示具有优异的催化作用。在以硝酸为硝化剂,氯苯∶催化剂=3∶1,60℃反应2 h条件下,对比传统β分子筛,自制多级孔道β分子筛的催化活性较高,且氯苯的对位选择性均有所提高,对位/邻位比分别从0.5提高到1.2。多级孔道β分子筛催化剂重复使用5次,催化活性保持稳定,且随着孔道比表面积增加,催化剂稳定性更好。     

Effect of preparation parameters on catalytic properties of Pt/graphite

Catalytic ozonation of aqueous solutions of oxalic acid was examined in the presence of graphite-supported platinum catalysts. The catalytic activity of graphite was significantly enhanced by loading platinum. The removal efficiency of oxalic acid was 3.0%, 47.6% and 99.3% for ozonation alone, graphite catalytic ozonation and Pt/graphite catalytic ozonation in 30 min under the experimental condition, respectively. The influence of support pretreatment, solvent, impregnation time, platinum loading amount and reduction temperature on the activity of Pt/graphite catalyst was investigated. The pretreatment of graphite support had no effect on activity improvement of Pt/graphite catalyst. Solvent and impregnation time also no great effect on the activity. Platinum loading amount and reduction temperature influenced the catalyst activity significantly. The optimal catalytic performance of Pt/graphite was obtained when 1.0% platinum loading and 623 K of reduction temperature was adopted. The Pt/graphite catalyst was used for five times with no significant decrease in its activity and more than 90% oxalic acid removal was obtained. __________ Translated from Environmental Science, 2007, 28(6): 1258–1263 [译自: 环境科学]     

改性贵金属催化剂催化还原脱除NO

含有NO的工业废气直接排放会严重污染空气,须对含有NO的工业废气进行净化处理.采用NH3为还原剂贵金属铂催化剂进行了低温还原NO脱除烟气中氮氧化物性能的研究.结果表明:实验室制备的贵金属铂催化剂具有高的低温活性和选择性催化还原脱除NO的性能,但该催化剂易被原料气中少量的硫化物(SO₂)中毒而影响其稳定性;用稀土元素La和Ce对贵金属铂催化剂进行改性,改性后贵金属铂催化剂的稳定性得到了大幅度提高,出口气体中氮氧化物浓度大幅度降低.本实验Pt∶La∶Ce最佳摩尔比为1∶3.78∶3.56.     

Pd/C气体扩散电极用于电化学降解4-氯酚的研究

采用氢气还原法制备Pd/C催化剂,利用XRD、TEM及XPS对该催化剂进行了表征,并利用此催化剂制备成新型的Pd/C气体扩散阴极;在隔膜电解体系中对4-氯酚进行降解,比较了不同通气方式下的去除效果.结果表明,所制备的催化剂中Pd以无定形态存在并高度分散在活性炭表面,形状比较规则,粒径在4.1 nm左右;制备的0.5%Pd/C催化剂表面的Pd摩尔分数达到1.29%;制备的Pd/C气体扩散阴极既对4-氯酚具有还原脱氯作用(通入H2时),又促进O2还原生成H2O2(通入O2时).采用先通氢气后通空气的方式对4-氯酚有很好的去除效果,反应60min后4-氯酚的转化率和脱氯率接近100%,120 min后阴极室COD去除率达到87.4%.因此,采用Pd/C气体扩散阴极可通过还原.氧化相结合的方法对氯酚类有机物进行降解.     

精细化工有机废水的臭氧催化氧化

以含染料中间体和医药中间体为主的精细化工有机废水作为研究对象,针对该类废水生化处理低效率的问题而开展催化臭氧实验,探讨了催化剂种类、反应条件和催化剂协同臭氧作用的最佳条件,考察了COD去除率、脱色率、BOD5/COD各指标及产物的过程变化。结果表明,与活性炭或Cu/C相比,Mn/C协同臭氧效果更佳,在臭氧流量为4g/h,反应时间2h,pH为9,脱色率和COD去除率分别为91.6%和34.9%。经过UV-vis分析发现,由于臭氧的氧化作用,使废水中不饱和基团被破坏,复杂有机物转化为小分子化合物。经过处理后原水的BOD5/COD由0.236提高到0.419,生化性得到明显提高,有利于后续生物处理。     

电化学生物膜反硝化磁场促进效应

针对BER(电化学生物膜反应器)的传质问题,设计了MBER(磁场-电化学生物膜反应器).通过对不同电流强度下BER和MBER中NO3--N,NO2--N,NH4+-N和TN去除或产生情况的对比,以及不同电流强度下电流利用效率的分析发现,在HRT为10 h,温度为25℃,进水pH为7.8,进水ρ(NO3--N)为30 mg/L的运行条件下,MBER对NO3--N的去除率高出BER13%～38%,MBER对TN的去除率高出BER 10%～30%.且MBER在电流强度为70 mA时就达到最高去除率,而BER则需要电流强度为80 mA时才能达到最高去除率.试验证明磁场的存在促进了BER反硝化,提高了电流利用效率,使得MBER可以在较低电流强度下达到优于BER的脱氮效果.      

La_(0.8)Ce_(0.2)CoO_3/Al_2O_3对油烟的催化净化

将稀土金属La、Ce和过渡金属Co按照一定的比例采用浸渍法负载在γ-Al2O3载体上制备成La0.8Ce0.2CoO3/Al2O3催化剂,用X-射线衍射仪和扫描电镜对催化剂负载层的表面形态、晶相结构和粒径大小进行了表征,并用正交实验法考察了其对油烟的催化净化效果。结果表明,当负载量30%、焙烧温度800℃、催化温度300℃、烟气流量10L/min时催化剂对油烟的净化效果最佳,净化效果可达88%,催化剂对油烟的催化具有较好的低温高活性。     

O_3催化氧化深度处理兰炭废水的试验研究

采用O3催化氧化法深度处理兰炭废水,提出了兰炭废水达标排放的新处理方法。以铜为活性组分,氧化铝为载体采用浸渍法制备CuO/γ-Al2O3催化剂,并采用XRD对其进行表征,利用催化剂结合O3催化氧化法去除兰炭废水中经生化处理后残留的污染物。设计了催化氧化试验装置,考察了催化剂投加量、反应时间、O3用量以及pH等因素对处理效果的影响。实验结果表明,pH在酸性条件下有利于COD去除率的提高,O3用量提高有助于COD去除率的提高,将催化剂用量和反应时间控制在一定范围内有利于污染物的去除;最佳条件下催化剂投加量300 g,反应时间1 h,O3用量0.08 m3/h,pH为7左右时COD去除率可达到95%左右。另外,催化剂在20次反应过程中表现出较高的催化活性及较强的稳定性。     

VOx-MoOx/TiO2催化剂低温催化降解一氯苯及二英的研究

垃圾焚烧过程中会产生大量氯苯等氯代挥发性有机污染物(CVOCs)和二噁英等持久性有机污染物(POPs). CVOCs的排放会导致光化学烟雾和温室效应的产生,而二噁英能在土壤中长期附存,具有人体致癌和致畸变等严重危害. 催化降解技术具有显著优势,能将二噁英等有机污染物彻底破坏分解,最终将其转化为CO₂、H₂O和HCl等产物. 基于钒基催化剂VO_x/TiO₂的过渡金属氧化物催化剂已被广泛应用于烟气CVOCs和二噁英处理领域. 钒基氧化物VO_x中的V=O基团对二噁英起到亲核吸附的作用,在钒基氧化物上添加第二活性组分钼氧化物MoO_x可以提高催化剂的催化活性. 本文采用湿法浸渍的方法制备出用于催化降解含氯污染物的粉体钒钼钛VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂,并分析其合成方法、催化表征和性能测试结果,讨论反应温度对一氯苯及二噁英催化率影响的机理,旨在为开发二噁英催化技术提供参考. 结果表明:VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂表面催化活性位点较多,活性组分分散良好,起始还原温度较低,活性氧含量较多,比表面积较大,颗粒团聚较轻,具有优良的催化特性. 通过系列实验筛选出合适的催化剂组分比例为5%VO_x-5%MoO_x/TiO₂(记作“V5-Mo5-Ti”,即VO_x和MoO_x的质量分数各占5%,TiO₂的质量分数占90%),在150 ℃低温下其对一氯苯和二噁英的催化效果优异. V5-Mo5-Ti催化剂对一氯苯的低温转化率随原始稳定浓度和空速比的升高而降低. 在一氯苯初始浓度为150×10?6、空速比为10 000 h?1时,V5-Mo5-Ti催化剂在150 ℃下对一氯苯的转化率为54.0%,在300 ℃时接近100%. 在150 ℃的低温环境中,该催化剂对二噁英催化脱除率在86%以上,催化降解率在74%以上. 研究显示,VO_x-MoO_x/TiO₂催化剂对二噁英的催化脱除率和降解率随温度的升高而提高,主要归因于升温加快了V₂O₅中V5+和V4+元素以及MoO₃中Mo6+和Mo4+元素的催化氧化循环速率.      

低C/N亚铁氧化硝酸盐还原菌群脱氮特性

为削减微污染水库中氮污染负荷,从西安市李家河和黑河水库沉积物中驯化筛分出在低C/N条件下能够高效脱氮的亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群,并将其命名为Z13.利用硝酸盐氮为唯一氮源、亚铁与乙酸作为共同电子供体的反硝化基础培养基,研究了亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对氮素、亚铁和有机物等的代谢特征.考察了不同温度、初始pH值、C/N、Fe²⁺浓度对亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13脱氮性能及亚铁氧化的影响.结果表明,低C/N条件下亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在78h时硝酸盐氮去除率为99.85%,总氮去除率为89.91%.Fe²⁺的总去除率为99.86%,其中生物氧化率为82.70%,无亚硝酸盐氮和氨氮的累积.单因素实验表明,在温度30℃,pH 6.5,C/N 1.821,Fe²⁺浓度30mg/L时,亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13对亚铁氧化和氮素的去除效果最好.亚铁氧化硝酸盐还原混合菌群Z13在微污染水体生物脱氮领域中具有很大的应用潜力.     

SCR装置对焦炉煤气燃烧废气中PCDD/Fs、PCBs和PCNs的协同脱除

研究了某大型焦化厂的选择性催化还原(SCR)装置对焦炉煤气燃烧废气中典型非故意产生持久性有机污染物(UPPOPs)的脱除效果,对SCR装置入口和出口废气和SCR装置降尘中二英(PCDD/Fs)、多氯联苯(PCBs)和多氯萘(PCNs)的全部异构体进行了分析.结果表明,SCR装置对总PCDD/Fs的脱除效率最高,为94.6%,对总PCBs和总PCNs的脱除率分别为74.7%和78.4%.SCR装置入口和出口废气中UP-POPs同系物的分布模式明显不同,入口处以高氯取代为主,出口处以低氯取代为主.SCR装置对高氯取代UP-POPs有更好的脱除效果.催化还原和催化氧化降解同时发生是SCR装置脱除废气中UP-POPs的重要机制.     

中空纤维膜接触器分离烟气中CO2

在中空纤维膜接触器试验台上利用模拟烟气进行CO2的分离试验,采用MDEA与MEA和MDEA与氨基酸盐2种混合吸收液,考察吸收液种类、浓度、CO2负荷和烟气CO2含量对脱除效率和传质速率的影响.结果表明,在MDEA水溶液中加入MEA或氨基酸盐作为添加剂,大大提高了脱除效率,改善了传质速率,相对于单一的MDEA吸收液,混合吸收液的脱除效率平均提高了200%,传质速率提高了238%,其中以MEA作为添加剂的混合吸收液的传质速率在2种混合吸收液中最好,传质速率最高可以达到1.7 mol·m-2·h-1.     

Ni/钙铝石催化剂对焦油模拟物甲苯的催化研究

以高温烧结法制备的钙铝石为载体,利用溶液浸渍法制备出Ni/钙铝石催化剂。以甲苯为生物质焦油模拟物,在N2气氛下研究Ni/钙铝石催化剂对甲苯催化裂解的性能。采用XRD、SEM、BET等分析手段对催化剂进行表征,然后在实验室自制固定床反应装置中考察了反应温度、镍负载量对催化产气成分、产氢量及甲苯转化率的影响。结果表明:随着反应温度的增加,甲苯转化率升高,产气量增加;较高温度下,增加镍负载量有利于提高产氢量。     

Formic acid as an alternative reducing agent for the catalytic nitrate reduction in aqueous media

Formic acid was used for the nitrate reduction as a reductant in the presence of Pd:Cu/γ-alumina catalysts. The surface characteristics of the bimetallic catalyst synthesized by wet impregnation were investigated by SEM, TEM-EDS. The metals were not distributed homogeneously on the surface of catalyst, although the total contents of both metals in particles agreed well with the theoretical values. Formic acid decomposition on the catalyst surface, its influence on solution pH and nitrate removal efficacy was investigated. The best removal of nitrate (50 ppm) was obtained under the condition of 0.75 g/L catalyst with Pd:Cu ratio (4:1) and two fold excess of formic acid. Formic acid decay patterns resembled those of nitrate removal, showing a linear relationship between kf (formic acid decay) and k (nitrate removal). Negligible amount of ammonia was detected, and no nitrite was detected, possibly due to buffering effect of bicarbonate that is in situ produced by the decomposition of formic acid, and due to the sustained release of H2 gas.