[发明专利]用于从水去除硝酸盐的活性炭布负载的双金属Pd-Cu催化剂

说明书

发明领域

本发明涉及用于处理水的催化剂，特别涉及用于从废水流去除硝酸盐和亚硝酸盐离子的双金属氢化催化剂。

发明背景

很多工业设备(例如，铀的浓缩、化肥和炸药、硝基有机化合物和药物的生产)的废水为含有硝酸盐的废物。使用氮肥和用生活废水灌溉是很多发达和发展中国家地下水的主要硝酸盐污染源。硝酸盐是在地下水污染物中最成问题和广泛分布的之一。硝酸盐对人的毒性是由于身体将硝酸盐还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐涉及临床青紫症(蓝婴综合征)，并且为致癌的亚硝胺的前体。高硝酸盐水平的慢性消耗也可引起其它健康问题，例如，一些癌症和致畸效应。由于硝酸盐离子的有害作用，欧洲和美国法规已将饮水中硝酸盐和亚硝酸盐的最大可接受浓度分别确定为50mg/l和0.1mg/l。世界卫生组织(WHO)建议硝酸盐、亚硝酸盐和铵的最大浓度分别为45mg/l、0.1mg/l和0.5mg/l。

大多数硝酸盐可溶于含水介质，因此，硝酸盐离子容易分布到地下水源。标准水处理做法，如沉降、过滤、氯化或用石灰调节pH，不影响水中的硝酸盐浓度。来自污染地下水的硝酸盐可通过可用于硝酸盐分离的物理化学方法去除，如离子交换、反渗透和电渗析。在这些方法中，硝酸盐浓缩于二级废水流中，二级废水流必须处理，因此导致高处理成本。

解决硝酸盐问题的流行的可行方法是生物脱硝。然而，微生物脱硝方法慢，有时不完全，并且不容易处理。另外，通过直接生物脱硝，水与微生物培养物紧密混合，并且必须作为能源提供有机化合物，以驱动脱硝反应。残余有机物可导致其它水质问题。

可用各种化合物进行硝酸盐的化学还原，主要为氢、铁、甲酸和铝。硝酸盐的化学还原的主要缺点是产生另外的废物，这些废物必须用以下处理去除。

硝酸盐的催化氢化被视作为从污染水去除硝酸盐的有前途的技术。氢化方法可通过以下连续和平行的化学反应式1a、1b和1c描述：

NO₃^-+H₂→NO₂^-+H₂O                    (1a)

2NO₂^-+3H₂→(NO，N₂O)→N₂+2H₂O+2OH^-   (1b)

NO2^-+3H₂→NH₄^+-+2OH^-                 (1c)

这些反应式显示，硝酸盐经历氢化成亚硝酸盐，然后成为气态氮(目标产物)和溶解氨(不期望的副产物)。

通过催化氢化用选择性氮生成去除或还原亚硝酸盐污染和/或硝酸盐污染水的亚硝酸盐和/或硝酸盐内容物的连续可执行方法首先公开于US 4,990,266。在US 4,990,266的分案US 5,122,496中公开一种催化剂，所述催化剂由用金属组分浸渍的多孔无机载体材料制成，载体材料如粉末状氧化铝或二氧化硅，所述金属组分选自钯、铑、钯和铑的混合物以及钯和铜族金属(优选Cu)的混合物。然而，使用粉末状催化剂受固定床中高压降和受悬浮粉末催化剂分离难度限制。另外，在水中还原硝酸盐需要很活性的催化剂，因为反应必须在地下水的温度(例如，25℃)进行。另外，高选择性对避免产生亚硝酸盐和由亚硝酸盐氢化的过度还原产生铵离子是必需的。