飲用水中三種致癌無機酸根的去除.pdf

1、惡性腫瘤是當前嚴重影響人類健康、威脅人類生命的主要疾病之一。癌癥與心腦血管疾病、意外事故一起，構(gòu)成了當今世界的三大死亡原因。因此，世界衛(wèi)生組織(WHO)把攻克癌癥列為一項首要任務(wù)。我國衛(wèi)生部近日公布的2005年城市居民死亡原因的第一位正是惡性腫瘤。近30年來，國內(nèi)惡性腫瘤的發(fā)病率、死亡率呈明顯上升趨勢。預(yù)計在未來20～30年中，我國惡性腫瘤的發(fā)病率、死亡率都將呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢。越來越多的研究表明:大部分的癌癥是由環(huán)境中的化學致癌因子造

2、成的，而這些因子又廣泛存在于地表水、地下水和經(jīng)過處理的飲用水中。針對已經(jīng)污染的水，我們必須進行治理。但是隨著污染的加重，水中污染物種類和數(shù)量都在快速增加。面對越來越多的污染物，常規(guī)的水處理方法已經(jīng)不能滿足要求，因此需要我們提出新的方法，制備新的材料來應(yīng)對新的挑戰(zhàn)。
　　 我們選擇了飲用水中常見的三種致癌無機酸根（硝酸根、溴酸根、砷酸根）做為研究對象，制備了新的材料、應(yīng)用了新的方法對水中的這三種致癌無機酸根進行去除，取得了很好的效

3、果。
　　 1.我們通過共沉淀法和氫氣還原的方法成功制備Pd/Fe3O4催化劑，催化劑由四氧化三鐵的納米晶粒和負載于其表面的2 nm的鈀顆粒組成。運用TPR、XRD和XPS等手段證明了Pd/Fe3O4催化劑滿足催化還原硝酸根的三個基本條件:具有可以激活H2的貴金屬Pd;具有一個氧化還原電對Fe2+/Fe3+; Pd和氧化還原電對之間有比較強的相互作用。
　　 測試了催化劑還原硝酸根的能力，我們發(fā)現(xiàn)硝酸根的還原效率和催化劑

4、中Pd的含量成正比，Pd含量越高催化活性越好。同時催化劑對亞硝酸根的催化活性要強于對硝酸根的活性。通過對反應(yīng)后的Pd/Fe3O4催化劑的XRD和XPS表征，證明了Pd/Fe3O4在催化反應(yīng)中確實起到了催化劑的作用。
　　 對不同條件下的反應(yīng)進行了對比，并和文獻報道中的雙金屬催化劑進行了比較，探討了Pd/Fe3O4催化還原硝酸根的機理:硝酸根在Pd/Fe3O4催化劑和雙金屬對催化劑上的還原機理不同，在Pd/Fe3O4催化劑上，硝酸

5、根首先在四氧化三鐵的表面被還原為亞硝酸根;接著亞硝酸根在兩個位置上被還原為銨根離子，一個是四氧化三鐵表面，另一個是金屬鈀表面。反應(yīng)機理的不同導(dǎo)致了反應(yīng)產(chǎn)物的不同。
　　 通過催化劑的循環(huán)使用，確定了催化劑在使用過程中有失活現(xiàn)象的發(fā)生。催化劑的失活主要有兩方面造成，第一是在催化劑使用過程中催化劑表面的二價鐵離子被氧化成三價鐵離子，這種失活現(xiàn)象可以通過氫氣的還原恢復(fù);另一個原因是在催化反應(yīng)過程中催化劑中的鈀和四氧化三鐵之間的相互作用

6、減弱，這種失活作用則不能恢復(fù)。
　　 2.通過溶劑熱和液相還原的方法制各了單分散的Pd/Fe3O4催化劑，該催化劑由單分散的四氧化三鐵和負載于四氧化三鐵上面的鈀顆粒組成。催化劑的粒徑在300～500nm之間，具有超順磁性，飽和磁化強度可達70emu/g。高的磁化強度使催化劑具有易從水中分離的優(yōu)點，而超順磁性可以保證外磁場撤出后不團聚，催化劑容易再分散到水中的優(yōu)點。催化劑的單分散性使催化劑能很好的分散于水中，有效的減少了外傳質(zhì)對催

7、化反應(yīng)的影響;而Pd在催化劑表面的富集使得內(nèi)傳質(zhì)的影響可以被忽略;這兩點相互結(jié)合使得催化劑中的有效成分Pd得到了充分的利用，和其他商業(yè)催化劑相比具有更好的催化活性。
　　 通過對催化反應(yīng)的測試，我們發(fā)現(xiàn)單分散Pd/Fe3O4催化劑具有很好的催化還原溴酸根的能力;水溶液中常見的陰離子如SO42-，Cl-以及NO3-離子對催化反應(yīng)的影響不大，而碳酸氫根離子對反應(yīng)的影響非常大。這是因為碳酸氫根在反應(yīng)過程中被還原成甲酸，甲酸分解產(chǎn)生的一

8、氧化碳使催化劑中毒所致。通過增加負載量可以從一定程度上解決碳酸氫根使催化劑失活的現(xiàn)象，Pd負載量增加到1wt％，催化劑受到碳酸氫根的影響減小。
　　 催化劑的循環(huán)試驗表明單分散Pd/Fe3O4催化劑具有很好的循環(huán)利用性能，對于50ppb的溴酸根水溶液，Pd(1),/Fe3O4催化劑的循環(huán)利用次數(shù)可達100次以上，經(jīng)過100次的循環(huán)仍然能在5min之內(nèi)將50ppb的溴酸根降到0。高達100次循環(huán)利用次數(shù)使催化劑的成本大大降低，為該

9、催化劑在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　 3.采用溶膠凝膠和相分離的方法制備了具有雙孔結(jié)構(gòu)的二氧化硅塊體材料，這種結(jié)構(gòu)的特點是具有貫穿整個材料的大孔和位于氧化硅骨架上的中孔。貫穿的大孔可以提供水流的通道，減小傳值的影響;介孔可以提供活性位，有利于納米材料的負載和砷的吸附。通過改變反應(yīng)溫度和PEO的含量可在微米級范圍內(nèi)改變大孔的孔徑，實驗中我們發(fā)現(xiàn):溫度越高，大孔孔徑越小;PEO含量越高，大孔孔徑越大。通過改變?nèi)軇┲脫Q過程中氨水

10、的濃度、水熱的溫度及時間，可以在納米范圍內(nèi)改變中孔的大小(6-23 nm)，氨水濃度越高，水熱溫度越高，時間越長，中孔的孔徑越大。隨著中孔孔徑的增加，二氧化硅的比表面積下降。
　　 通過對負載方法的選擇，我們選擇了浸漬法負載氧化鈰，浸漬法得到的吸附劑一次負載量可達到69wt％。當負載量增加到67wt％時出現(xiàn)大孔孔道阻塞的情況。當負載量小于67wt％時，氧化鈰均勻負載于氧化硅的介孔孔道內(nèi)。
　　 砷吸附動力學測試結(jié)果顯示，