[发明专利]去除地下水中硝酸盐的负载型金属催化剂及其应用

权利要求书

1.一种去除地下水中硝酸盐的负载型金属催化剂，其特征在于：以生物质炭为载体，以贵金属为活性组分，以非贵金属元素为助剂；所述贵金属为钯或铂，所述非贵金属包括Cu、Fe、Mn、Ni、In或 Sn中的任一种，所述生物质炭包括松木炭、红柳桉木炭、木屑炭中的任一种。

2.根据权利要求1所述的负载型金属催化剂，其特征在于：所述三种组分的重量百分比为：

生物质炭：90~95 wt.%

金属：5~10 wt.%

贵金属与非贵金属摩尔比为：1~5∶1。

3.根据权利要求1所述的负载型金属催化剂，其特征在于：所述钯或铂来源于氯化钯或六氯铂酸钾；所述Cu、Fe、Mn、Ni、In或 Sn来源于Cu、Fe、Mn、Ni、In的硝酸盐或氯化锡。

4.一种权利要求1~3任一项所述的负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将氯化钯或六氯铂酸钾和Cu、Fe、Mn、Ni、In中的任意一种的硝酸盐或氯化锡混合，加去离子水，混合液中硝酸盐的当量浓度为0.1~0.5 N；贵金属与非贵金属摩尔比为1~5∶1；

（2）将生物质炭载体浸渍于步骤（1）中的混合液中，搅拌4~6 h，生物质炭占催化剂的质量分数为90~95 wt.%；

（3）室温下干燥后，置于干燥箱内在80~105℃下烘干8~12 h，获得固体混合物；

（4）固体混合物置于马弗炉内，炉内以升温速率为5~10℃/min加热至200~350 ℃，保温焙烧2~4 h，随后自然冷却至室温，然后将固体混合物压碎，过20~40目筛，得到多孔炭颗粒；

（5）多孔炭颗粒中加入过量的KBH₄溶液，充分搅拌，进行还原反应；

（6）最后用去离子水反复清洗，移入真空干燥箱，于80~105℃温度下烘干8~12 h，得到所述的负载型金属催化剂。

5.根据权利要求4所述的负载型金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，生物质炭的制备方法为：将10~20 g生物质原料松木、红柳桉木、木屑，浸渍于100 ml活化剂中，活化剂为5~8 mol/L的H₃PO₄与去离子水的混合液，固液混合物被加热至60~80℃，搅拌转速为100~200 rpm，持续搅拌1~3 h，之后在温度为80~105℃，干燥24~48 h，直至水分蒸干，获得固体物质，置于石英管内，然后将石英管置于管式炉内，以80~150 ml/min的流速向管式炉内通入氮气，以升温速率5~10 ℃/min，调整炉内温度为550~850℃，保温2~6 h，之后所得样品在N₂气氛中冷却至室温，然后分别采用70%硝酸和去离子水反复循环冲洗3~5次，之后将材料磨碎，过20~40目筛，得到粒径为4~8 mm的多孔炭颗粒，即为生物质炭。

6.一种权利要求1~3任一项所述的负载型金属催化剂在去除地下水中的硝酸盐中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：在连续搅拌反应器中进行反应；反应器内压力为大气压，反应液温度为25~30 ℃，体积为100~400 ml，搅拌器转速为600~900 rpm，硝酸盐初始浓度为100~400 mg/l；反应开始前，将催化剂在流速为60~150 NmL/min的氢气气氛下活化1~3 h，温度保持在150~200℃；投加催化剂之前反应液先通流速为100~150 NmL/min的氢气1~2 h，之后加入1~4 g催化剂进行反应；经12~24 h后硝酸盐转化率达90%以上，氮气选择性达82%以上。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：在反应过程中，用盐酸调节反应溶液的 pH 值为5.5~6.5。