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.     

Fe2+和Fe3+对厌氧氨氧化污泥活性的影响

通过接种厌氧氨氧化污泥研究了Fe离子浓度及价态变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响.短期浓度影响结果表明,当进水铁离子浓度由0升高到5 mg·L-1时,厌氧氨氧化污泥活性因受刺激而逐渐增强;当进水铁离子浓度大于5 mg·L-1时,因厌氧氨氧化反应产碱,铁离子形成氢氧化物沉淀,生物活性未受到影响.不同价态铁离子浓度变化对厌氧氨氧化污泥活性的影响无明显区别.长期价态影响结果表明,经过71个周期培养,含Fe2+进水的厌氧氨氧化反应器R1脱氮效能(以氮计)由0.28 kg·(m3·d)-1升高到0.65 kg·(m3·d)-1,是含Fe3+进水反应器R2的1.28倍.因此Fe2+更适合厌氧氨氧化菌生长的需求.实验结果进一步表明,Fe3+易导致厌氧氨氧化反应器R2内氨氮过量转化,亚硝氮与氨氮转化比(1.17)明显低于含Fe2+进水的反应器R1内亚硝氮与氨氮转化比(1.24).     

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.     

孔雀石绿高效脱色菌株的筛选、鉴定与脱色特性研究

孔雀石绿应用广泛,但难以降解且对许多生物都具有致癌致畸性.从浙江温州皮革厂污泥中分离筛选到1株孔雀石绿高效脱色菌株DH-9,16S rRNA基因序列分析表明,该菌株属于Enterabacter sp.属.单因素实验结果表明:当pH值在3.0~9.0时,培养24 h以后,该菌株对孔雀石绿的脱色率均在90%以上;脱色的最适温度范围为30~40℃;多数所测试碳源对脱色没有显著影响,而多数所测试氮源则对脱色有显著的促进作用;所测金属离子中,仅Cu2+和Fe3+对脱色有显著的抑制效应;此外,当接种量达到3%(V∶V,菌体干重约0.23 g·L-1)以后,12 h的脱色率即可达到90%以上.响应面设计实验结果显示,菌株DH-9对孔雀石绿脱色的最优操作条件为:pH 6.0、1.0 g·L-1的半乳糖、1.0 g·L-1的酵母粉、3.0 mmol·L-1的氯化钙以及培养温度为34.5℃.验证实验结果表明:在最优条件下,该菌株在8 h内对孔雀石绿的脱色率可达99.4%.总体而言,菌株DH-9在孔雀石绿脱色中的实际应用潜能较大.     

流动搅动法研究针铁矿对亚砷酸盐的吸附特征

采用流动搅动法,在溶液p H、浓度和温度影响条件下,研究针铁矿对亚砷酸盐吸附的特征.结果表明,在不同条件下,亚砷酸盐的吸附过程分为快反应和慢反应这2个阶段.随溶液p H的升高,砷的吸附量逐渐降低,表观吸附速率常数(k')逐渐增大,半反应时间(t1/2)也就越小,砷的吸附反应达到平衡时间就越短,且砷的扩散速率常数b值也逐渐降低.溶液p H 3.0和p H7.0时,砷最大吸附量分别为246.9 mg·kg~(-1)和99.8 mg·kg~(-1).随着砷浓度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数(k')逐渐增大;砷浓度为0.10 mg·L~(-1)和1.00 mg·L~(-1)时,砷的最大吸附量分别为96.5 mg·kg~(-1)和249.1 mg·kg~(-1).Freundlich方程中吸附常数Kf值随着时间的延长逐渐降低,其吸附能力是逐渐减弱的.Langmuir方程分配因子RL在0~1之间,表现为针铁矿上砷的吸附为优惠吸附.随着温度的升高,针铁矿对砷的吸附量增加,表观吸附速率常数k'值也逐渐升高.温度为298K和313 K时,砷最大吸附量分别为241.1 mg·kg~(-1)和315.6 mg·kg~(-1).用抛物线扩散方程b值来计算扩散过程的伪热力学常数,砷吸附反应的活化能(E*a)为14.60 k J·mol~(-1).砷扩散活化焓变(ΔHθ)随着温度的升高有所降低,ΔHθ均为正值,扩散过程为吸热反应,升高温度有利于砷的吸附;活化自由能变(ΔGθ)随着温度的上升而升高,升高温度有利于加快扩散过程;ΔSθ值均为负,说明吸附反应使体系有序度增加.     

湿地基质及阴极面积对人工湿地型微生物燃料电池去除偶氮染料同步产电的影响

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm~2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.     

水热法制备玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附性能研究

以农业废弃物玉米叶和玉米秆为原材料,采用水热法制备生物炭,通过批试验方法考察了接触时间、污染物初始浓度、生物炭投加量、反应体系温度及溶液p H值等因素对2种生物炭吸附亚甲基蓝的影响,并对吸附规律进行了探讨.吸附动力学拟合结果发现,准二级动力学能更好地拟合吸附过程(R~2=0.9986~0.9999);颗粒内扩散方程拟合结果表明,2种生物炭对亚甲基蓝的吸附由液膜扩散和颗粒内扩散2个过程控制.玉米叶基生物炭对亚甲基蓝的吸附可以通过Freundlich方程来进行拟合(R~2=0.9898),说明吸附在生物炭表面是多分子层吸附过程;而玉米杆基生物炭对亚甲基蓝的吸附更符合Langmuir方程(R~2=0.9825),说明吸附在生物炭表面是单分子层吸附过程.与玉米杆基生物炭相比,玉米叶基生物炭具有更好的吸附性能,拟合理论最大吸附量为玉米杆基生物炭的1.25倍.     

Myrothecium verrucaria NF-08产漆酶条件的响应面法优化及粗酶染料脱色研究

以半知菌属疣孢漆斑菌Myrothecium verrucaria NF-08为供试菌,采用响应面方法优化菌株产漆酶条件,并以其漆酶粗酶进行3种结构类型6种染料的脱色试验,考察了粗酶浓度、温度和p H值对脱色率的影响.两水平析因设计、中心组合设计和验证试验结果表明:葡萄糖浓度为15.4 g·L~(-1)、蛋白胨浓度为43.3 g·L~(-1)和培养基初始p H值为6.68时,漆酶活性达到最大值(25.58±1.60)U·m L~(-1),是单因素试验(16.82 U·m L~(-1))的1.52倍,提高了52.1%.以上述发酵条件获得的M.verrucaria NF-08漆酶粗酶对3种结构类型染料均有脱色效果,排序为偶氮类优于芳甲烷类优于蒽醌类.脱色率随粗酶浓度增大(2~8 U·m L~(-1))、反应温度升高(15~35℃)而上升,随p H值上升(4~10)而下降.粗酶浓度为5 U·m L~(-1),反应温度为25℃,p H值为4时,偶氮类染料铬黑T和芳甲烷类染料碱性品红即可几乎完全脱色,脱色率分别为99.2%和94.6%.     

层状氧化物NaCo_2O_4热催化H_2O_2降解亚甲基蓝

采用固相烧结法制备了NaCo_2O_4催化剂,构建了NaCo_2O_4-H_2O_2热催化体系降解亚甲基蓝(MB)。XRD和SEM表征结果显示,合成的NaCo_2O_4催化剂具有良好的稳定性。NaCo_2O_4对H_2O_2具有良好的热催化性能,反应温度越高,反应速率常数k越大,该催化反应符合一级动力学方程。NaCo_2O_4-H_2O_2体系对MB具有较好的降解效果,在反应温度为50℃、NaCo_2O_4加入量为50 mg、MB溶液加入量为100 mL、MB初始质量浓度为30 mg/L、H_2O_2加入量为1.00 mL的最优条件下,反应340 min时,MB降解率达87.00%;催化剂重复使用三次,MB降解率仍可达85%以上;经捕获剂效果对比实验发现,催化反应体系中存在h~+、·OH等催化活性物种。     

羟胺强化Fenton反应降解水中氯酚

针对传统Fenton体系Fe（Ⅲ）累积和pH适用范围过窄等缺点,采用羟胺（HA）强化的HA-Fenton体系,以对氯苯酚（4-CP）为目标污染物进行降解实验,考察了Fe（Ⅱ）投加量、H2O2投加量、HA投加量和溶液pH等工艺条件对4-CP去除率的影响。实验结果表明：HA-Fenton体系适用于酸性和弱酸性条件,最佳pH范围为3.0~4.0;在溶液pH为3.0、Fe（Ⅱ）投加量为5.0 μmol/L、H2O2投加量为0.4 mmol/L、HA投加量为0.20 mmol/L的最适条件下,反应10 min, 4-CP去除率达64.25 %。