毕业论文：载体官能团对负载型铁钯双金属还原水中硝酸根特性的影响

毕业论文：载体官能团对负载型铁钯双金属还原水中硝酸根特性的影响

摘 要 本研究以Fe / Pd纳米粒子负载不同树脂在硝酸盐还原过程中对氮的选择性和活性的影响。结果显示，硝酸盐被还原过程中载体起着重要作用，不同的载体具有不同的催化活性和选择性。不同表面官能团和树脂载体的吸附亲和力对Fe / Pd颗粒的活性和选择性也有重要影响。结果表明，以螯合树脂( DOW 3N )为载体能够获得较高的硝酸盐去除率和N2选择性。D201对硝酸盐的吸附亲和力过高，而D001对硝酸盐的吸附亲和力过低，N2选择性极低。
关键词：硝酸盐还原；铁/钯纳米颗粒；树脂；载体效应

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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的双金属纳米颗粒，催化活性也会不同[20,21,22,23]。据报道，使用低表面积和大孔结构的载体能够获得更高的氮气选择性[19]。因此，选择合适的催化剂载体对硝酸盐的催化还原具有重要意义。常用的载体有活性炭、沸石、多孔二氧化硅、粘土矿物和聚合树脂等。由于化学稳定性和坚固的机械强度，聚合物树脂已被证明是金属和金属氧化物纳米颗粒的优良载体[24]。目前关于聚合物树脂的表面化学性质对NZVI [25]的形成和性能的影响的研究还较少。因此，本论文着重研究树脂载体对Fe - Pd双金属纳米粒子活性和选择性影响。
为了进一步研究高分子树脂表面化学性质对NZVI还原硝酸盐活性和选择性的影响，本论文将Fe - Pd双金属纳米粒子负载在螯合树脂( DOW 3N )、阳离子交换树脂D001和阴离子交换树脂D201等几种具有不同表面官能团的高分子树脂上。对负载在三种聚合物树脂上的纳米粒子的尺寸和形貌进行了表征。研究了聚合物树脂表面化学性质对Fe - Pd双金属纳米粒子还原行为的影响，特别是对氮气的选择性的影响。
1实验部分
1.1试剂与仪器


试剂名称 化学式 纯度 生产公司
盐酸
氢氧化钠
硫酸铁
六水合氯化铁
氯化钯
四氯钯酸钠
硼氢化钠
硝酸钠 HCl
NaOH
Fe2 ( SO4)3
FeCl3·6H2O
PdCl2
Na2PdCl4
NaHB4
NaNO3 分析纯
分析纯
分析纯
分析纯
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分析纯 中国南京化学试剂有限公司
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表1.1主要试剂

仪器名称 来源
真空干燥箱
精密电动搅拌器
数显恒温水浴锅
就精密电子天平
恒温大容量振荡器
离子色谱
ASAP 2010
扫描电子显微镜-能谱仪 上海—恒科仪器有限公司
江苏金坛市中大仪器厂
杭州大卫科教仪器有限公司
上海精科天美科学仪器有限公司
苏州培英实验设备有限公司
Dione* ICS1000
Micromeritics Instrument Co, USA
S-3400N II, Japan
表1.2 主要仪器











树脂 结构 表面官能团 平均孔径(nm) 比表面积(m2 ·g-1) 颗粒尺寸(mm)
DOW 3N 苯乙烯- DVB
大孔径 20.33 39.02 0.2~0.3
D001 苯乙烯- DVB
大孔径 —SO3H 13.34 28.03 0.3~0.5
D201 苯乙烯- DVB
大孔径 —N+(CH3)3OH- 12.22 31.57 0.5~0.8
表1.3载体聚合物的物理化学性
1.2 负载Fe - Pd双金属纳米颗粒的制备方法
采用液相还原法制备了负载型Fe - Pd双金属纳米颗粒。将1 g树脂加入到含有2 g·L - 1 Fe3+的500 mL Fe3+溶液中，在30℃下振荡24 h。然后，将树脂球加入125 mL 640 mg·L - 1 Pd2+溶液中，并在30℃振荡10小时。然后，在20℃，N2气氛恒定搅拌下，用100 mL 2%硼氢化钠溶液还原树脂球2小时。所得产物称为DOW 3N - Fe/Pd。
制备负载在阳离子交换树脂D001上的Fe - Pd双金属纳米颗粒:将1 g D001树脂加入1000 mL 640 mg·L - 1Pd2 +溶液中，在30℃振荡10 h。然后，将树脂球加入到含有0.5 g·L - 1 Fe3+的100 mL Fe3+溶液中，并在30℃振荡24小时。然后，使用与上述相同的方法还原树脂球。所得产物称为D001 - Fe Pd。
制备负载在阴离子交换树脂D201上的Fe - Pd双金属纳米颗粒的方法如下:将1 g D201树脂加入到50 mL Fe3 +溶液和70 mL Pd Cl42 -溶液中，在30℃振荡24 h。Fe3+和Pd2+浓度分别为2 mol·L - 1和7.5 mol·L - 1。用盐酸-水( V : V = 1 : 1 )溶解六水合三氯化铁，制得Fe3+溶液。然后，使用与上述相同的方法还原树脂球。所得产物称为D201 - Fe/Pd。
1.3表征方法
使用ASAP 2010 ( Micromeritics Instrument Co, USA )测量比表面积和孔径分布。使用电子显微镜( JEM-2100, Japan )进行高分辨率透射电子显微镜( HR-TEM )分析。用扫描电子显微镜-能谱仪( SEM – EDS ) ( S-3400N II, Japan )观察了树脂中铁和钯的分布。用*射线光电子能谱( *PS )分析了NZVI的表面化学性质。
1.4批次实验
所有批次实验均在25℃的三颈烧瓶中进行。在用机械搅拌器搅拌的500 mL 20 mg N·L - 1硝酸盐溶液中加入一定量的具有2 g载体的复合物。硝酸盐溶液用氮气流脱氧，不调节初始溶液的pH。在一定时间间隔内，用注射器取样，经0.22 μm滤膜过滤后测定溶液中硝酸盐、亚硝酸盐和氨的浓度。所有溶液均使用由毫孔- Q系统( Millipore Synergy, USA )生产的超纯水制备。硝酸盐去除动力学符合一级动力学模型如下：
( 1 )
( 2 )
其中[ NO3 - ] t是时间t处NO3 - N ( mg·L - 1 )浓度，[ NO3 - ]0是NO3 - N ( mg·L - 1 )的初始浓度，kobs是观察到的一级速率常数( min - 1 )。
1.5分析测定
硝酸盐和亚硝酸盐通过离子色谱法(D ……（未完，全文共13660字，当前仅显示3249字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：载体官能团对负载型铁钯双金属还原水中硝酸根特性的影响》）