Catalytic reduction for water treatment

Treating water contaminants via heterogeneously catalyzed reduction reaction is a subject of growing interest due to its good activity and superior selectivity compared to conventional technology, yielding products that are non-toxic or substantially less toxic. This article reviews the application of catalytic reduction as a progressive approach to treat different types of contaminants in water, which covers hydrodehalogenation for wastewater treatment and hydrogenation of nitrate/nitrite for groundwater remediation. For hydrodehalogenation, an overview of the existing treatment technologies is provided with an assessment of the advantages of catalytic reduction over the conventional methodologies. Catalyst design for feasible catalytic reactions is considered with a critical analysis of the pertinent literature. For hydrogenation, hydrogenation of nitrate/nitrite contaminants in water is mainly focused. Several important nitrate reduction catalysts are discussed relating to their preparation method and catalytic performance. In addition, novel approach of catalytic reduction using in situ synthesized H₂ evolved from water splitting reaction is illustrated. Finally, the challenges and perspective for the extensive application of catalytic reduction technology in water treatment are discussed. This review provides key information to our community to apply catalytic reduction approach for water treatment.

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磁性水滑石双金属催化剂吸附-催化氢还原去除水中高氯酸盐的研究

采用化学共沉淀法制备磁性钯钴水滑石催化剂（M-Pd/Co@CHT）,用于吸附催化还原去除水中的高氯酸盐.同时,研究了不同溶液pH值、催化剂投加量、温度、共存离子和氢气流量等因素的影响,考察了吸附动力学和等温吸附过程.最后对反应前后材料进行表征,以明确吸附催化氢还原反应机理.结果表明：在较宽的pH范围（5~10）内,M-Pd/Co@CHT显示出对高氯酸盐较高、较稳定的吸附效率;伪二阶动力学模型和Langmuir模型能很好地拟合催化剂对高氯酸盐的吸附规律,说明该吸附过程是近似单层的化学吸附,最大单层吸附容量为172.65 mg·g^-1;温度、投加量和供氢气量对M-Pd/Co@CHT加氢催化还原高氯酸盐有显著的影响,当高氯酸盐初始浓度为10 mg·L^-1时,在最优实验条件下30 min可以去除约54%的高氯酸盐;利用XRD、FTIR、BET、XPS及VSM等手段对M-Pd/Co@CHT进行表征,结果表明,介孔M-Pd/Co@CHT可以有效吸附或催化高氯酸盐;高氯酸盐首先被吸附至M-Pd/Co@CHT上从而恢复其层状结构,而后在Pd/Co二元金属催化剂的作用下被氢还原去除;利用外加磁场能够实现材料的固液分离,可以有效地避免二次污染.     

生物膜系统中部分反硝化实现特性

以移动床生物膜反应器（moving-bed biofilm reactor,MBBR）为例,考察生物膜系统中部分反硝化NO₂^--N积累特性,并通过耦合厌氧氨氧化验证生物膜系统中部分反硝化耦合厌氧氨氧化（partial denitrification with anaerobic ammonium oxidation,PD+ANAMMOX）工艺的可行性.结果表明,在C/N为3.0,填充率为20%的条件下,经过40 d的富集培养,实现部分反硝化,NO₂^--N积累率达（69.38±3.53）%;接种生物膜NO₃^--N还原酶（nitrate reductase,NAR）活性为0.03 μmol·（min·mg）^-1,NO₂^--N还原酶（nitrite reductase,NIR）活性为0.18 μmol·（min·mg）^-1,富集培养后生物膜NAR活性增至0.45 μmol·（min·mg）^-1,NIR活性降至0.02 μmol·（min·mg）^-1,从酶学角度验证了部分反硝化实现;高通量测序结果显示,Thauera属从0.3%增加至37.27%,在微生物群落中占主导地位,该菌属被认为是部分反硝化过程的主要功能菌.随后与厌氧氨氧化耦合,出水总氮达（6.41±1.50） mg·L^-1,总氮去除率达（88.16±2.71）%,证明了生物膜系统中PD+ANAMMOX的可行性及稳定性.     

阿克苏河年径流变化的非线性特征

以阿克苏河流域的托什干河、库玛拉克河和阿克苏河干流为例,基于1957-2008年的径流序列,运用小波分析和R/S分析方法分析了阿克苏河径流过程的非线性特征,揭示了流域径流的变化规律,得出以下结论:①库玛拉克河、托什干河及阿克苏河干流的年径流序列均呈增加的趋势,且都以20世纪80年代后期为分界点分为两个阶段:前期径流较少,处于枯水期;后期径流较多,处于丰水期。②阿克苏河流域年径流量变化存在较长周期,长周期中又包含着短周期;其中,18 a和22 a的周期贯穿于整个时间序列,为流域径流的第一主周期。③流域内三条河流各个时段径流量的Hurst指数值几乎都大于0.5,表明流域径流的时间序列具有长期持续的特征;从各条河流最后一个时段的Hurst指数可以推断,在2008年后的一段时间里流域径流量将会继续保持增加趋势。     

荧光素酶报告基因法测定废气中二英类物质

研究二噁英类生物检测法的主要目的是简化二噁英类分析流程,并找出快速检测的结果与HRGC-HRMS(高分辨气相色谱-高分辨质谱)结果之间的换算系数,从而可以利用快速检测的结果和换算系数来推算HRGC-HRMS的结果. 介绍了CALUX(荧光素酶报告基因法)分析废气中二噁英类物质的原理,并采用该方法分析了我国27个废气样品,以期找出其测定结果与HRGC-HRMS结果之间的换算系数. 结果表明,这2种测试方法数据相关性显著,R2为0.994 8,数据间的换算系数为0.379. 试验表明,CALUX法具有很好的推广性,如果再适当增加废气样品的数量,对换算系数进行适当的优化,则所得换算系数可推广.      

泰山云雾水中多环芳烃的特征与来源分析

于2008年10月18日~11月26日在泰山采集云雾水样品,分析了泰山云雾水中PAHs的含量特征及其与气象条件和pH值、电导的相互关系.结果表明,泰山云雾水中菲含量最多,芴和苊的含量次之;云雾水样品中PAHs浓度与气温有很好的相关性.应用特征分子比值法和因子分析法对云雾水中PAHs的来源进行解析,得出泰山云雾水中PAHs的主要来源为煤炭燃烧源,石油源的贡献相对较小.     

经典化学法结合pH/ORP自控系统处理电镀废水的工程应用

电镀废水是我国三大工业污染废水之一,该废水污染严重、水质复杂、水量大。针对该废水的特点,实行清污分流,各类废水先预处理再综合处理的原则,并采用经典化学法结合pH/ORP自控系统处理技术,废水经处理后可达GB8978-1996《污水综合排放标准》一级排放标准。     

UASB+A/O+UF+NF工艺处理生活垃圾焚烧厂渗滤液

采用"UASB+A/O+UF+NF"工艺处理生活垃圾焚烧厂渗滤液,工程规模为150 m3/d,工程总投资500万元,运行成本为25元/t;污泥处理工艺过程为:(剩余污泥+厌氧污泥)浓缩→脱水→焚烧。工程设计进水水质指标为ρ(COD)=50000 mg/L,ρ(BOD5)=25 000 mg/L,ρ(NH3-N)=600 mg/L,ρ(TP)=15 mg/L,ρ(SS)=9000 mg/L,出水主要水质指标为ρ(COD)≤50 mg/L,ρ(BOD5)≤15 mg/L,ρ(NH3-N)≤10 mg/L,ρ(TP)≤0.27 mg/L,ρ(SS)≤4 mg/L,补充到电厂循环冷却水中回用,不但实现了垃圾焚烧污水零排放,还有着较好的经济和环境效益。     

溶胶粉末复合浸渍法制备颗粒状SCR脱硝催化剂的特性

针对以V₂O₅-WO₃/TiO₂为成分的颗粒状SCR脱硝催化剂在制备过程中存在的有效组分加载均匀性等问题,尝试了利用偏钛酸溶胶作为载体的催化剂生产方法.利用粉末/溶胶复合浸渍方式设计出4种催化剂的制备方法并分别制得样品.通过在不同温度条件下样品对烟气中NO_x成分去除效能的性能测试,以及进行相关的微观表征分析,研究比较了不同制备方式对催化剂特性的影响规律,旨在探索出一种合理、高效的催化剂制备工艺.结果表明:利用偏钛酸溶胶作为载体,同步浸渍加载WO₃和V₂O₅ 2种组分,相比传统的粉末浸渍和两步浸渍方式,该方法能够使浸渍组分在载体表面获得较高的覆盖率,并有效避免了浸渍组分溶出和重结晶现象的发生,所制得的催化剂样品具有较高的脱硝效率.      

气相色谱-质谱联用测定母乳中合成麝香

建立了凝胶渗透色谱(GPC)柱和硅胶柱净化,气相色谱-质谱(GC/MS)测定母乳中合成麝香的分析方法.实验结果表明:GC/MS在0.01μg.ml-1到1μg.ml-1的浓度范围内对4种常见合成麝香(佳乐麝香HHCB、吐纳麝香AHTN、二甲苯麝香MX和酮麝香MK)均有良好的线性响应,4种合成麝香的基质加标回收率为76%—115%,相对标准偏差为2.8%—7.4%.利用信噪比(5/1)确定该方法的定性检测限,HHCB,AHTN,MX为5ng.g-1脂重,MK为4ng.g-1脂重,定量检测限为定性检测限的2倍.采用上述方法分析了上海母乳样品中合成麝香的浓度和分布特征,发现母乳中普遍存在这4种合成麝香,浓度分别为HHCB92±70;AHTN16±12;MX26±22;MK16±14ng.g-1脂重,与欧美国家的污染水平相比,总体含量偏低.