电化学－化学催化还原水中硝酸盐氮的研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王颖 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-06-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 曲久辉 |
| 关键词 | 硝酸盐 电化学 催化还原 Pd-Cu/水滑石 反硝化 Nitrate Electrochemistry Catalytic reduction Pd-Cu/hydrotalcite Denitrification |
| 其他题名 | Electrochemical-Chemical Catalytic Reduction of Nitrate in Water |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 本文系统分析了国内外去除水中硝酸盐氮的各种工艺，发现化学还原硝酸根 技术相对于其它脱氮方法具有更加高效、灵活、易于管理的优点，近年来已逐渐 引起人们的研究兴趣。本文在深入研究了电化学还原硝酸根和化学催化还原硝酸 根技术的基础上，研究了一种新的脱氮方法：电化学－化学催化还原法。该方法 是在阴极室放入一定量的催化剂，阴极在还原硝酸根的同时发生水的电解反应， 产生的氢一部分被电化学还原硝酸根所利用，另一部分作为化学催化还原硝酸根 的还原剂。这样，不仅降低了电化学方法的能耗，而且更加方便、安全地为化学 催化法提供所需的还原剂，进一步提高了反应器的处理能力。该方法的核心内容 是制备可高效还原硝酸根的电极和催化剂。实验选定了Pd 改性的Cu 电极和 Pd-Cu/水滑石催化剂，利用活性评价、热重－差热分析、程序升温还原、X 射线 衍射、X 光电子能谱、电镜、比表面积测定、傅立叶红外光谱等手段进行了较全 面地研究，评价了电化学－化学催化还原硝酸根效果，主要取得了以下研究结果： 1. 利用恒流电沉积和恒压电沉积法制得了 Pd 改性的Cu 电极，采用循环伏 安法考察其硝酸根还原性能，并对制备条件进行优化，结果表明，恒流电沉积法 制得的电极具有更好的硝酸根还原活性，其中沉积时间是影响性能的一个显著因 素。 2. Pd/Cu 电极在中性条件下对硝酸根有很好的还原性能。当施加电流密度 为1.5mA/cm2 时，120min NO3 --N 浓度由22.55mg/L 降到3.76mg/L，去除率达到 83.3％。适当增加电流，硝酸根去除率增加，但氮气选择性和电流效率均有所降 低。溶液中硝酸根浓度的增加可提高电极表面硝酸根的吸附量，促进硝酸根的还 原。水中常见阳离子Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+易形成氢氧化物沉淀，附着在电极 表面，抑制硝酸根的还原。阴离子HCO3-、SO4 2-、Cl-与硝酸根产生竞争吸附，抑制硝酸根的还原并降低氮气选择性。 3. 利用混合浸渍法和共沉淀法制得了具有中等孔径和较大比表面积（183.9～236.6 m2/g）的水滑石负载Pd-Cu 催化剂，在弱酸性和中性条件下对硝 酸根表现出良好的吸附、催化还原性能。 4. 研究证明，Pd-Cu/水滑石在水中发生层状结构重建，可迅速吸附水中的 硝酸根。用准二级动力学方程和Langmuir 模型可以分别很好地描述吸附动力学 和平衡吸附性能。当还原剂（H2）存在时，Pd-Cu/水滑石可将吸附的硝酸根催化 氢还原，吸附性能的增加促进催化活性的提高。与混合浸渍法相比，共沉淀法制 备的催化材料活性金属颗粒高度分散，具有更高的硝酸根吸附能力、催化活性和 N2 选择性。最佳Pd/Cu 比例为4/1。温度的增加可提高Pd-Cu/水滑石对于NO3 - 的吸附、催化性能。水中常见阳离子Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe3+相对于Na+离子促 进硝酸根的吸附、还原，且中间产物亚硝酸根累积减少，但生成的氨氮增多； HCO3 -、SO4 2-、Cl-与硝酸根产生竞争吸附，抑制硝酸根的吸附、还原，并降低选 择性。 5. 将电化学方法与化学催化还原过程有机结合，建立电化学－化学催化还 原法，脱氮能力进一步提高。并且采用HT(Pd/Cu)＋HT(Pd)双催化剂与电化学方 法相结合的方式，可以明显减少亚硝酸盐氮的累积和副产物氨氮的生成，提高电 流效率。反应30min，NO3--N 由22.55mg/L 降到1.88mg/L，去除率达到91.7％，TN 去除率为80％以上。 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-05-20 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/115]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王颖. 电化学－化学催化还原水中硝酸盐氮的研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2006. |
入库方式： OAI收割
来源：生态环境研究中心
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