两种载钯介孔材料加氢还原去除水中溴酸盐的研究

发布时间：2017-10-15 04:24

  本文关键词：两种载钯介孔材料加氢还原去除水中溴酸盐的研究

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【摘要】：饮用水消毒是目前最有效的公共健康措施之一,消毒可去除饮用水中大部分的病原微生物,为预防流行病提供了有效的保障。然而,在饮用水消毒的同时会伴随消毒副产物的产生,这些消毒副产物的存在对人体健康构成潜在的威胁。溴酸盐是一种典型的饮用水中的消毒副产物,国际肿瘤研究机构(IARC)将其归入2B级(具有较高的致癌可能性)人类可疑致癌物。2004年,世界卫生组织将饮用水水质标准中的溴酸盐限值从25μg/L修订为101μg/L。因此,开发一种能够有效去除水中溴酸盐的方法势在必行。 较之于传统的溴酸盐处理方法而言,加氢还原法具有高效性、无副产物、易于工业化、选择性好等优点,因而在溴酸盐处理中表现出了较好的应用前景。目前,加氢还原发法去除溴酸盐的研究较少,相关的材料也尚待开发。本论文选取了两种介孔材料为载体,合成了两种催化剂,并研究了催化剂对于水中溴酸盐的去除效果。通过N2吸附-脱附、X-射线衍射(XRD)、氢吸附、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段研究了催化剂理化性质,探讨了其与催化效率之间的关系。 本文首先以一种新颖的介孔材料—介孔氮化碳(mesoporous carbon nitrid,MCN)为载体,氯化钯(PdCl2)溶液为前驱体通过浸渍法合成了载钯介孔氮化碳(Pd/MCN)催化剂。表征结果表明：Pd/MCN具有较大的比表面积(802.67m2/g),介孔结构良好,金属Pd在载体表面分和均匀且颗粒较小,粒径为2.07nnm,表现出了良好的分散性,Pd/MCN的等电点在8.0左右；实验结果表明：Pd/MCN催化去除水中的溴酸盐的过程符合Langmuir-Hinshelwood模型,表明吸附步骤是反应过程的控制步骤。与常规的催化剂(如载钯活性炭：Pd/AC和载钯介孔碳：Pd/CMK)相比,Pd/MCN对水中的溴酸盐表现出了更高的催化活性,在催化剂浓度为0.03g/L时,可在50min内将0.78125mM的溴酸盐完全还原,且还原效果随着催化剂的加入量以及Pd的负载量的增加而提高。溶液的pH值对溴酸盐的去除效率影响较大,去除效率随着pH值的降低而提高。体系中的共存离子会对溴酸盐的去除产生抑制作用,且二价阴离子因带有更多的负电表现出了更强的抑制作用。 为做到高效以及易分离,本研究还以氨基化磁性介孔硅(MCM-41-NH2)为载体,合成了载钯磁性氨基介孔硅(Pd/MCM-41-NH2)。表征结果显示,氨基在催化剂表面成功嫁接,且嫁接的量随着硅烷化试剂的增加而增加,催化剂具有很好的介孔结构以及较大的比表面积(619.05m2/g),催化剂饱和磁化强度为6.2620emu/g,可在外加磁场下快速分离；实验结果表明,澳酸盐在Pd/MCM-41-NH2上的去除过程同样符合Langmuir-Hinshelwood模型,表示吸附步骤是反应过程的控制步骤。较之于无孔的硅材料(如,二氧化硅、氨基化二氧化硅),Pd/MCM-41-NH2表现出了较好的催化活性。溴酸盐的去除效率在硅烷化试剂加入量为1:0.25(1g MCM-41:025mL硅烷化试剂)时达到最大。经过5次循环使用,催化剂仍然能够保持原有80.75%的催化活性,表明Pd/MCM-41-NH2材料具有较好的稳定性,可重复循环使用。 上述研究结果表明,以载钯介孔氮化碳和载钯磁性氨基介孔硅为催化剂,采用加氢还原的方法可以高效的去除水中溴酸盐。该技术具有稳定、高效、清洁等优势,可为水中溴酸盐及一些类似污染物的去除提供技术支持。
【关键词】：溴酸盐 加氢还原 介孔材料 载钯介孔氮化碳 载钯磁性氨基介孔硅
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R123.6
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 溴酸盐的来源及危害12-13
• 1.1.1 溴酸盐的来源12-13
• 1.1.2 溴酸盐的危害13
• 1.2 溴酸盐主要生成控制与去除技术13-18
• 1.2.1 溴酸盐的生成控制14-15
• 1.2.2 溴酸盐的去除技术15-18
• 1.3 催化加氢原理及影响因素18-22
• 1.3.1 催化加氢原理18
• 1.3.2 催化加氢影响因素18-22
• 1.4 本论文选题意义及内容22-24
• 1.4.1 选题意义22
• 1.4.2 主要研究内容22-24
• 2 实验部分24-29
• 2.1 实验试剂及仪器24-25
• 2.2 催化剂的制备25
• 2.2.1 载钯介孔氮化碳的制备25
• 2.2.2 载钯磁性氨基化介孔硅的制备25
• 2.3 表征方法25-27
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)25-26
• 2.3.2 Zeta电位测试26
• 2.3.3 BET比表面积26
• 2.3.4 X射线电了能谱分析(XPS)26
• 2.3.5 透射电子显微镜(TEM)26
• 2.3.6 H_2化学吸附26-27
• 2.3.7 磁性能分析(VSM)27
• 2.3.8 傅立叶红外光谱(FT-IR)27
• 2.3.9 X射线荧光光谱(XRF)27
• 2.4 实验方法及装置27
• 2.5 分析测量方法27-29
• 3 Pd/MCN的制备及其催化还原水中溴酸盐的研究29-47
• 3.1 前言29
• 3.2 Pd/MCN的制备29-30
• 3.3 Pd/CMK-3及Pd/AC的制备30
• 3.4 催化剂活性评价30-31
• 3.5 表征结果及分析31-37
• 3.5.1 XRD分析31-32
• 3.5.2 BET比表面积分析32-33
• 3.5.3 XPS分析33
• 3.5.4 Zeta电位分析33-34
• 3.5.5 TEM以及H_2化学吸附分析34-37
• 3.6 实验结果及讨论37-45
• 3.6.1 澳酸盐在Pd/AC、Pd/CMK-3、Pd/MCN上的云除37-38
• 3.6.2 Pd颗粒大小对溴酸盐去除的影响38-40
• 3.6.3 初始浓度的影响40-42
• 3.6.4 溶液pH值对催化剂活性的影响42-44
• 3.6.5 搅拌速率的影响44-45
• 3.6.6 共存离子的影响45
• 3.7 本章小结45-47
• 4 Pd/MCM-41-NH_2的制备及其去除水中溴酸盐的研究47-65
• 4.1 前言47-48
• 4.2 Pd/MCM-41-NH_2的制备48
• 4.3 催化剂活性评价48-49
• 4.4 表征结果分析49-57
• 4.4.1 FT-IR分析49-50
• 4.4.2 XPS分析50-52
• 4.4.3 XRD结果分析52-53
• 4.4.4 BET比表面积分析53-54
• 4.4.5 TEM分析54-55
• 4.4.6 Zeta电位分析55-56
• 4.4.7 磁性测试56-57
• 4.5 实验结果与讨论57-63
• 4.5.1 溴酸盐在硅基材料上的去除57-58
• 4.5.2 氨基负载量影响58-59
• 4.5.3 制备方法的影响59-60
• 4.5.4 Pd负载量的影响60-61
• 4.5.5 催化剂加入量的影响61-62
• 4.5.6 催化剂的回用62-63
• 4.6 本章小结63-65
• 5 结论、创新及展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 创新点65-66
• 5.3 课题展望66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-74
• 附录74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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中国博士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：1035080