活性炭負(fù)載貴金屬催化劑的制備及其對(duì)水中溴酸鹽的去除.pdf

1、近年來(lái),我國(guó)施行更為嚴(yán)格的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),臭氧活性炭深度處理工藝成為當(dāng)前提高飲用水水質(zhì)的主流工藝,臭氧化副產(chǎn)物的有效控制和去除成為該工藝應(yīng)用推廣的關(guān)鍵問(wèn)題。其中,溴酸鹽(BrO3-)是含有溴離子的原水在臭氧化過(guò)程中生成的致癌性物質(zhì),常規(guī)工藝難以去除,對(duì)飲用水安全造成威脅。
　　本課題創(chuàng)新性地提出利用活性炭負(fù)載貴金屬催化劑去除水中的溴酸鹽,并研發(fā)出了穩(wěn)定、高效、低負(fù)載量的催化劑。系統(tǒng)考察了該催化劑在不同條件下對(duì)溴酸鹽的降解規(guī)律,建立

2、了動(dòng)力學(xué)模型。首次研究了貴金屬催化劑去除溴酸鹽的反應(yīng)機(jī)理,并提出了溴酸鹽被催化還原的反應(yīng)路徑。
　　首先,考察了12種負(fù)載金屬和4種載體的活性,制備了21種負(fù)載型貴金屬催化劑,研究比較了不同金屬和載體的活性差異及其原因,從中優(yōu)選活性炭負(fù)載釕催化劑(Ru/AC)并開(kāi)展溴酸鹽的催化去除研究。利用SEM、BET和XPS等手段對(duì)Ru/AC催化劑進(jìn)行表征研究,發(fā)現(xiàn)活性組分以RuO2的形式存在并以顆粒狀均勻分散在載體 AC表面。
　　為

3、了提高 Ru/AC催化去除溴酸鹽的能力,對(duì)Ru/AC的制備條件進(jìn)行了優(yōu)化。考察了金屬前驅(qū)物、負(fù)載量、焙燒氛圍、焙燒溫度以及焙燒時(shí)間對(duì)溴酸鹽去除的影響。結(jié)果表明:以RuCl3·3H2O為前驅(qū)物制備的催化劑上的活性組分為RuO2,對(duì)溴酸鹽的去除效果優(yōu)于以(NH4)2RuCl6為前驅(qū)物;Ru/AC的活性隨著負(fù)載量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),Ru負(fù)載量為0.1 wt.％時(shí)催化活性最高;Ru/AC在不同氛圍中焙燒獲得的活性組分不同;焙燒溫度和焙

4、燒時(shí)間過(guò)大時(shí),均會(huì)使活性組分產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象,不利于催化反應(yīng)的發(fā)生。Ru/AC的最優(yōu)制備條件如下:前驅(qū)物為RuCl3·3H2O,負(fù)載量為0.1 wt%,焙燒氛圍為純氮?dú)?焙燒溫度為900℃以及焙燒時(shí)間為3h。
　　研究了Ru/AC催化還原溴酸鹽的動(dòng)力學(xué),提出溴酸鹽降解的反應(yīng)路徑。結(jié)果表明, Ru/AC催化還原溴酸鹽的反應(yīng)符合準(zhǔn)一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征,反應(yīng)活化能為37.9 kJ/mol,反應(yīng)ΔG<0,反應(yīng)速率快,效率高且可自發(fā)進(jìn)行。對(duì)比 R

5、u/AC催化劑與母炭(AC)去除溴酸鹽的效果,發(fā)現(xiàn)母炭AC僅能去除30%的BrO3-,而 Ru/AC可去除超過(guò)97%的BrO3-并將其轉(zhuǎn)化為Br-。溴酸鹽催化還原反應(yīng)的路徑為:在RuO2的催化作用下,溴酸鹽被迅速還原為溴離子。其中,RuO2作為電子供體被氧化成高價(jià)態(tài)的氧化物RuO3,BrO3-作為電子受體被還原為Br-,RuO3自分解為RuO2和O2,反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行。
　　研究了水中常見(jiàn)陰陽(yáng)離子和典型有機(jī)物對(duì)Ru/AC催化效果的影響

6、。水中陰離子具有抑制作用,抑制作用的強(qiáng)弱順序是:競(jìng)爭(zhēng)吸附系離子(Cl-、PO33-、CO32-、SO42-)>競(jìng)爭(zhēng)還原系離子(NO3-、NO2-、ClO3-)>溴酸鹽的催化還原產(chǎn)物(Br-)。水中陽(yáng)離子的不同種類(lèi)對(duì)催化效果的影響不同,Fe2+和Al3+具有促進(jìn)作用,而 Ca2+具有抑制作用。醇類(lèi)和酸類(lèi)對(duì)催化效果具有促進(jìn)作用,促進(jìn)作用的強(qiáng)弱順序是:C3H7OH>C2H5OH>CH3OH>CH3COOH>HCOOH。
　　研究了Ru/