本文關(guān)鍵詞：兩種載鈀介孔材料加氫還原去除水中溴酸鹽的研究

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【摘要】：飲用水消毒是目前最有效的公共健康措施之一,消毒可去除飲用水中大部分的病原微生物,為預(yù)防流行病提供了有效的保障。然而,在飲用水消毒的同時會伴隨消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生,這些消毒副產(chǎn)物的存在對人體健康構(gòu)成潛在的威脅。溴酸鹽是一種典型的飲用水中的消毒副產(chǎn)物,國際腫瘤研究機構(gòu)(IARC)將其歸入2B級(具有較高的致癌可能性)人類可疑致癌物。2004年,世界衛(wèi)生組織將飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的溴酸鹽限值從25μg/L修訂為101μg/L。因此,開發(fā)一種能夠有效去除水中溴酸鹽的方法勢在必行。 較之于傳統(tǒng)的溴酸鹽處理方法而言,加氫還原法具有高效性、無副產(chǎn)物、易于工業(yè)化、選擇性好等優(yōu)點,因而在溴酸鹽處理中表現(xiàn)出了較好的應(yīng)用前景。目前,加氫還原發(fā)法去除溴酸鹽的研究較少,相關(guān)的材料也尚待開發(fā)。本論文選取了兩種介孔材料為載體,合成了兩種催化劑,并研究了催化劑對于水中溴酸鹽的去除效果。通過N2吸附-脫附、X-射線衍射(XRD)、氫吸附、X-射線光電子能譜(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段研究了催化劑理化性質(zhì),探討了其與催化效率之間的關(guān)系。 本文首先以一種新穎的介孔材料—介孔氮化碳(mesoporous carbon nitrid,MCN)為載體,氯化鈀(PdCl2)溶液為前驅(qū)體通過浸漬法合成了載鈀介孔氮化碳(Pd/MCN)催化劑。表征結(jié)果表明：Pd/MCN具有較大的比表面積(802.67m2/g),介孔結(jié)構(gòu)良好,金屬Pd在載體表面分和均勻且顆粒較小,粒徑為2.07nnm,表現(xiàn)出了良好的分散性,Pd/MCN的等電點在8.0左右；實驗結(jié)果表明：Pd/MCN催化去除水中的溴酸鹽的過程符合Langmuir-Hinshelwood模型,表明吸附步驟是反應(yīng)過程的控制步驟。與常規(guī)的催化劑(如載鈀活性炭：Pd/AC和載鈀介孔碳：Pd/CMK)相比,Pd/MCN對水中的溴酸鹽表現(xiàn)出了更高的催化活性,在催化劑濃度為0.03g/L時,可在50min內(nèi)將0.78125mM的溴酸鹽完全還原,且還原效果隨著催化劑的加入量以及Pd的負(fù)載量的增加而提高。溶液的pH值對溴酸鹽的去除效率影響較大,去除效率隨著pH值的降低而提高。體系中的共存離子會對溴酸鹽的去除產(chǎn)生抑制作用,且二價陰離子因帶有更多的負(fù)電表現(xiàn)出了更強的抑制作用。 為做到高效以及易分離,本研究還以氨基化磁性介孔硅(MCM-41-NH2)為載體,合成了載鈀磁性氨基介孔硅(Pd/MCM-41-NH2)。表征結(jié)果顯示,氨基在催化劑表面成功嫁接,且嫁接的量隨著硅烷化試劑的增加而增加,催化劑具有很好的介孔結(jié)構(gòu)以及較大的比表面積(619.05m2/g),催化劑飽和磁化強度為6.2620emu/g,可在外加磁場下快速分離；實驗結(jié)果表明,澳酸鹽在Pd/MCM-41-NH2上的去除過程同樣符合Langmuir-Hinshelwood模型,表示吸附步驟是反應(yīng)過程的控制步驟。較之于無孔的硅材料(如,二氧化硅、氨基化二氧化硅),Pd/MCM-41-NH2表現(xiàn)出了較好的催化活性。溴酸鹽的去除效率在硅烷化試劑加入量為1:0.25(1g MCM-41:025mL硅烷化試劑)時達到最大。經(jīng)過5次循環(huán)使用,催化劑仍然能夠保持原有80.75%的催化活性,表明Pd/MCM-41-NH2材料具有較好的穩(wěn)定性,可重復(fù)循環(huán)使用。 上述研究結(jié)果表明,以載鈀介孔氮化碳和載鈀磁性氨基介孔硅為催化劑,采用加氫還原的方法可以高效的去除水中溴酸鹽。該技術(shù)具有穩(wěn)定、高效、清潔等優(yōu)勢,可為水中溴酸鹽及一些類似污染物的去除提供技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：溴酸鹽 加氫還原 介孔材料 載鈀介孔氮化碳 載鈀磁性氨基介孔硅
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：R123.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目錄9-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 溴酸鹽的來源及危害12-13
• 1.1.1 溴酸鹽的來源12-13
• 1.1.2 溴酸鹽的危害13
• 1.2 溴酸鹽主要生成控制與去除技術(shù)13-18
• 1.2.1 溴酸鹽的生成控制14-15
• 1.2.2 溴酸鹽的去除技術(shù)15-18
• 1.3 催化加氫原理及影響因素18-22
• 1.3.1 催化加氫原理18
• 1.3.2 催化加氫影響因素18-22
• 1.4 本論文選題意義及內(nèi)容22-24
• 1.4.1 選題意義22
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容22-24
• 2 實驗部分24-29
• 2.1 實驗試劑及儀器24-25
• 2.2 催化劑的制備25
• 2.2.1 載鈀介孔氮化碳的制備25
• 2.2.2 載鈀磁性氨基化介孔硅的制備25
• 2.3 表征方法25-27
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)25-26
• 2.3.2 Zeta電位測試26
• 2.3.3 BET比表面積26
• 2.3.4 X射線電了能譜分析(XPS)26
• 2.3.5 透射電子顯微鏡(TEM)26
• 2.3.6 H_2化學(xué)吸附26-27
• 2.3.7 磁性能分析(VSM)27
• 2.3.8 傅立葉紅外光譜(FT-IR)27
• 2.3.9 X射線熒光光譜(XRF)27
• 2.4 實驗方法及裝置27
• 2.5 分析測量方法27-29
• 3 Pd/MCN的制備及其催化還原水中溴酸鹽的研究29-47
• 3.1 前言29
• 3.2 Pd/MCN的制備29-30
• 3.3 Pd/CMK-3及Pd/AC的制備30
• 3.4 催化劑活性評價30-31
• 3.5 表征結(jié)果及分析31-37
• 3.5.1 XRD分析31-32
• 3.5.2 BET比表面積分析32-33
• 3.5.3 XPS分析33
• 3.5.4 Zeta電位分析33-34
• 3.5.5 TEM以及H_2化學(xué)吸附分析34-37
• 3.6 實驗結(jié)果及討論37-45
• 3.6.1 澳酸鹽在Pd/AC、Pd/CMK-3、Pd/MCN上的云除37-38
• 3.6.2 Pd顆粒大小對溴酸鹽去除的影響38-40
• 3.6.3 初始濃度的影響40-42
• 3.6.4 溶液pH值對催化劑活性的影響42-44
• 3.6.5 攪拌速率的影響44-45
• 3.6.6 共存離子的影響45
• 3.7 本章小結(jié)45-47
• 4 Pd/MCM-41-NH_2的制備及其去除水中溴酸鹽的研究47-65
• 4.1 前言47-48
• 4.2 Pd/MCM-41-NH_2的制備48
• 4.3 催化劑活性評價48-49
• 4.4 表征結(jié)果分析49-57
• 4.4.1 FT-IR分析49-50
• 4.4.2 XPS分析50-52
• 4.4.3 XRD結(jié)果分析52-53
• 4.4.4 BET比表面積分析53-54
• 4.4.5 TEM分析54-55
• 4.4.6 Zeta電位分析55-56
• 4.4.7 磁性測試56-57
• 4.5 實驗結(jié)果與討論57-63
• 4.5.1 溴酸鹽在硅基材料上的去除57-58
• 4.5.2 氨基負(fù)載量影響58-59
• 4.5.3 制備方法的影響59-60
• 4.5.4 Pd負(fù)載量的影響60-61
• 4.5.5 催化劑加入量的影響61-62
• 4.5.6 催化劑的回用62-63
• 4.6 本章小結(jié)63-65
• 5 結(jié)論、創(chuàng)新及展望65-67
• 5.1 結(jié)論65
• 5.2 創(chuàng)新點65-66
• 5.3 課題展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-74
• 附錄74

【參考文獻】

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本文編號：1035080