基于水相重整技术的有机废水制氢和苯酚液相原位加氢研究

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处理有机废水的方法众多,需针对不同的水质特点,使用不同的工艺进行处理。但传统的水处理方法在实际应用中都或多或少存在一些不足,而且这些方法都没有实现有机物的资源化利用。   本文使用Raney Ni或Sn-Raney Ni催化剂,在较温和的反应条件下,利用水相重整技术有效地将废水中的苯酚、四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等有机物降解为H2和CO2等无机分子,从而实现了有机废水的资源化利用。这是一种技术先进且经济的废水处理新方法。   首先考察了原料浓度、反应温度、液体空速等反应条件对Sn-Raney Ni催化剂催化降解有机废水制氢性能的影响。结果表明,升高温度可以提高废水中有机物的降解率,但氢气的选择性随着温度的升高略有下降;压力、浓度、液体空速的增大都不利于有机物完全降解。同时考察了Sn的添加量和催化剂还原温度对催化剂降解有机物活性的影响。结果表明,高的Sn含量和高的催化剂还原温度都有利于形成高Ni含量的Ni-Sn合金相。Ni-Sn合金的形成减少了催化剂表面上有利于甲烷化反应的Ni原子总数,从而抑制了甲烷化反应,提高了氢气选择性。因此,可以通过改变Sn的添加量和催化剂还原温度来提高Sn-Raney Ni催化剂降解有机废水制氢的性能。   但是,由于Raney Ni催化剂制备过程中产生大量的NaOH废液,对环境不友好;而且Raney Ni催化剂易燃烧,不便于运输。因此制备了一系列负载型Ni基催化剂,并添加Ce、Mg、La、Mn、Sn等助剂对催化剂进行改性。研究发现,负载型Ni基催化剂降解废水中DMF制氢性能高于Raney Ni和Sn-Raney Ni催化剂。   此外,在Raney Ni或Pd催化剂下,实现了催化降解有机废水制得的氢气在苯酚液相加氢反应中的应用,这样既可以充分利用降解有机废水制得的氢气又可以提高废水中有机物的降解率和氢气的选择性。在苯酚液相原位加氢过程中,Pd/CNTS催化剂表现出较高的催化活性,其苯酚转化率是Pd/C催化剂的20倍左右,但环己酮选择性略低。CO-TPD和TEM表征结果表明,引起Pd/CNTS和Pd/C催化剂活性差异的主要原因是由于纳米碳管独特的外表面结构以及纳米碳管与金属之间的相互作用。   通过研究我们实现了水相重整技术在催化降解有机废水制氢和苯酚液相原位加氢反应中的应用,为该方法的实际应用开辟了新的方向。
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