畢業(yè)論文：載體官能團對負載型鐵鈀雙金屬還原水中硝酸根特性的影響

畢業(yè)論文：載體官能團對負載型鐵鈀雙金屬還原水中硝酸根特性的影響

摘 要 本研究以Fe / Pd納米粒子負載不同樹脂在硝酸鹽還原過程中對氮的選擇性和活性的影響。結果顯示，硝酸鹽被還原過程中載體起著重要作用，不同的載體具有不同的催化活性和選擇性。不同表面官能團和樹脂載體的吸附親和力對Fe / Pd顆粒的活性和選擇性也有重要影響。結果表明，以螯合樹脂( DOW 3N )為載體能夠獲得較高的硝酸鹽去除率和N2選擇性。D201對硝酸鹽的吸附親和力過高，而D001對硝酸鹽的吸附親和力過低，N2選擇性極低。
關鍵詞：硝酸鹽還原；鐵/鈀納米顆粒；樹脂；載體效應

Fe-Pd Bimetallic Composites Supported by Resins for Nitrate Reduction Rate and Selectivity: Role of Surface Functional Groups
Abstract The effect of support on the activity and selectivity to nitrogen of Fe/Pd nanoparticles supported on various resins in nitrate reduction was studied. It was observed that the support played an important role in nitrate reduction and that different supports lead to different catalytic activities and selectivitie
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的雙金屬納米顆粒，催化活性也會不同[20,21,22,23]。據(jù)報道，使用低表面積和大孔結構的載體能夠獲得更高的氮氣選擇性[19]。因此，選擇合適的催化劑載體對硝酸鹽的催化還原具有重要意義。常用的載體有活性炭、沸石、多孔二氧化硅、粘土礦物和聚合樹脂等。由于化學穩(wěn)定性和堅固的機械強度，聚合物樹脂已被證明是金屬和金屬氧化物納米顆粒的優(yōu)良載體[24]。目前關于聚合物樹脂的表面化學性質(zhì)對NZVI [25]的形成和性能的影響的研究還較少。因此，本論文著重研究樹脂載體對Fe - Pd雙金屬納米粒子活性和選擇性影響。
為了進一步研究高分子樹脂表面化學性質(zhì)對NZVI還原硝酸鹽活性和選擇性的影響，本論文將Fe - Pd雙金屬納米粒子負載在螯合樹脂( DOW 3N )、陽離子交換樹脂D001和陰離子交換樹脂D201等幾種具有不同表面官能團的高分子樹脂上。對負載在三種聚合物樹脂上的納米粒子的尺寸和形貌進行了表征。研究了聚合物樹脂表面化學性質(zhì)對Fe - Pd雙金屬納米粒子還原行為的影響，特別是對氮氣的選擇性的影響。
1實驗部分
1.1試劑與儀器


試劑名稱 化學式 純度 生產(chǎn)公司
鹽酸
氫氧化鈉
硫酸鐵
六水合氯化鐵
氯化鈀
四氯鈀酸鈉
硼氫化鈉
硝酸鈉 HCl
NaOH
Fe2 ( SO4)3
FeCl3·6H2O
PdCl2
Na2PdCl4
NaHB4
NaNO3 分析純
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分析純 中國南京化學試劑有限公司
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表1.1主要試劑

儀器名稱 來源
真空干燥箱
精密電動攪拌器
數(shù)顯恒溫水浴鍋
就精密電子天平
恒溫大容量振蕩器
離子色譜
ASAP 2010
掃描電子顯微鏡-能譜儀 上�！憧苾x器有限公司
江蘇金壇市中大儀器廠
杭州大衛(wèi)科教儀器有限公司
上海精科天美科學儀器有限公司
蘇州培英實驗設備有限公司
Dione* ICS1000
Micromeritics Instrument Co, USA
S-3400N II, Japan
表1.2 主要儀器











樹脂 結構 表面官能團 平均孔徑(nm) 比表面積(m2 ·g-1) 顆粒尺寸(mm)
DOW 3N 苯乙烯- DVB
大孔徑 20.33 39.02 0.2~0.3
D001 苯乙烯- DVB
大孔徑 —SO3H 13.34 28.03 0.3~0.5
D201 苯乙烯- DVB
大孔徑 —N+(CH3)3OH- 12.22 31.57 0.5~0.8
表1.3載體聚合物的物理化學性
1.2 負載Fe - Pd雙金屬納米顆粒的制備方法
采用液相還原法制備了負載型Fe - Pd雙金屬納米顆粒。將1 g樹脂加入到含有2 g·L - 1 Fe3+的500 mL Fe3+溶液中，在30℃下振蕩24 h。然后，將樹脂球加入125 mL 640 mg·L - 1 Pd2+溶液中，并在30℃振蕩10小時。然后，在20℃，N2氣氛恒定攪拌下，用100 mL 2%硼氫化鈉溶液還原樹脂球2小時。所得產(chǎn)物稱為DOW 3N - Fe/Pd。
制備負載在陽離子交換樹脂D001上的Fe - Pd雙金屬納米顆粒:將1 g D001樹脂加入1000 mL 640 mg·L - 1Pd2 +溶液中，在30℃振蕩10 h。然后，將樹脂球加入到含有0.5 g·L - 1 Fe3+的100 mL Fe3+溶液中，并在30℃振蕩24小時。然后，使用與上述相同的方法還原樹脂球。所得產(chǎn)物稱為D001 - Fe Pd。
制備負載在陰離子交換樹脂D201上的Fe - Pd雙金屬納米顆粒的方法如下:將1 g D201樹脂加入到50 mL Fe3 +溶液和70 mL Pd Cl42 -溶液中，在30℃振蕩24 h。Fe3+和Pd2+濃度分別為2 mol·L - 1和7.5 mol·L - 1。用鹽酸-水( V : V = 1 : 1 )溶解六水合三氯化鐵，制得Fe3+溶液。然后，使用與上述相同的方法還原樹脂球。所得產(chǎn)物稱為D201 - Fe/Pd。
1.3表征方法
使用ASAP 2010 ( Micromeritics Instrument Co, USA )測量比表面積和孔徑分布。使用電子顯微鏡( JEM-2100, Japan )進行高分辨率透射電子顯微鏡( HR-TEM )分析。用掃描電子顯微鏡-能譜儀( SEM – EDS ) ( S-3400N II, Japan )觀察了樹脂中鐵和鈀的分布。用*射線光電子能譜( *PS )分析了NZVI的表面化學性質(zhì)。
1.4批次實驗
所有批次實驗均在25℃的三頸燒瓶中進行。在用機械攪拌器攪拌的500 mL 20 mg N·L - 1硝酸鹽溶液中加入一定量的具有2 g載體的復合物。硝酸鹽溶液用氮氣流脫氧，不調(diào)節(jié)初始溶液的pH。在一定時間間隔內(nèi)，用注射器取樣，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾后測定溶液中硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨的濃度。所有溶液均使用由毫孔- Q系統(tǒng)( Millipore Synergy, USA )生產(chǎn)的超純水制備。硝酸鹽去除動力學符合一級動力學模型如下：
( 1 )
( 2 )
其中[ NO3 - ] t是時間t處NO3 - N ( mg·L - 1 )濃度，[ NO3 - ]0是NO3 - N ( mg·L - 1 )的初始濃度，kobs是觀察到的一級速率常數(shù)( min - 1 )。
1.5分析測定
硝酸鹽和亞硝酸鹽通過離子色譜法(D ……（未完，全文共13660字，當前僅顯示3249字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：載體官能團對負載型鐵鈀雙金屬還原水中硝酸根特性的影響》）