駱尚廉臺灣大學:環境工程學研究所陳思穎Chen, Szu-YingSzu-YingChen2010-05-102018-06-282010-05-102018-06-282009U0001-2007200915470100http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/181602利用催化材料對硝酸鹽進行催化加氫降解實驗，已被證實是一可行之處理方式，具有效率高與經濟性等優點。本篇論文之研究重點在於利用不同之材料製備方法及催化加氫系統下降解硝酸鹽，以達到最大的氮氣選擇性。本篇研究選擇三種材料製備方法－光沉積法、熱浸漬法、無電電鍍法－來製備Pd-Cu/TiO2催化材料，並選擇商用Degussa P25二氧化鈦粉末為負載金屬之載體，實驗結果顯示，以光沉積法製備之催化材料具有最均勻的金屬批覆性及最小的金屬顆粒，對於降解硝酸鹽更具有最佳的氮氣選擇性，因此選擇光沉積法為後續實驗中的材料製備方法。為了瞭解催化材料的表面特性及物化特性，本實驗以穿透式電子顯微鏡觀察催化材料表面金屬負載情形，以BET比表面積測定儀測定催化材料之比表面積，以程式升溫還原儀測試表面金屬還原情形，並以傅立葉氏轉換紅外線光譜儀探討反應過程中可能鍵結之汙染物及其中間產物組成，以及利用感應耦合電漿原子發射光譜儀量測金屬之實際負載量。 批次實驗結果顯示，在適當之操作條件下，催化加氫降解硝酸鹽之反應有最佳之氮氣選擇性，同時可將40 mg-N/L之硝酸鹽完全降解，其條件為：(1)以Pd-Cu/TiO2雙金屬負載二氧化鈦為催化材料，其Pd:Cu負載比例為1:1且總金屬批覆量為3 wt.%，並且設定鍛燒溫度200 ℃並通以氫氮混和氣體還原金屬，(2)設定氫氣流量為100 mL/min，(3)控制系統pH值為7。The catalytic hydrogenation technology applied in the removal of nitrate in water has been proved to be an effective and economical treatment process. Therefore, in this study, the main purpose is to enhance the nitrogen selectivity of nitrate degradation using catalytic hydrogenation method with different prepared catalysts. Three different catalyst preparation method, photodeposition method, thermal impregnation method, and electroless plating method, were employed to the nitrate degradation. The catalyst prepared by photodeposition exhibits the most uniform metal distribution and the highest selectivity of nitrogen. Therefore, titanium (P25) supported palladium-copper bimetallic catalysts (Pd-Cu/TiO2) prepared by photodeposition are applied to the catalytic hydrogenation of nitrate (NO3－) in the liquid phase. The morphologies and the characterization of the prepared catalysts were examined with transmission electron microscopy (TEM), surface area analysis (BET), temperature programming reduction (TPR), and Fourier transform infrared spectrophotometer (FTIR). The optimum operating values of Pd:Cu ratio, total metal content, calcined temperature, hydrogen flow rate, and pH value for maximizing the nitrogen selectivity of catalytic hydrogenation have been determined to be 1:1, 3 wt.%, 200 ℃, 100 ml/min, and 7.摘要 IIIbstract IV錄 V目錄 VIII一章 緒論 1-1 研究緣起 1-2 研究目的與內容 3二章 文獻回顧 4-1 硝酸鹽之汙染源與危害 4-1-1 硝酸鹽之物化特性與其分佈範圍 4-1-2 硝酸鹽之危害 7-1-3 我國地下水水質標準 9-2 現行脫硝技術之回顧 9-2-1 生物脫硝技術 9-2-2 物化脫硝技術 11-3 催化加氫還原硝酸鹽處理技術之探討 14-3-1 催化加氫還原硝酸鹽處理技術原理 14-3-2 催化加氫還原硝酸鹽處理技術之參數變因 16-3-3 反應材料製備方法 22-3-4 氮氣選擇率及反應活性之探討 25三章 實驗方法及設備 27-1 實驗設計 27-2 催化材料之製備 27-2-1 光沉積法 27-2-2 熱浸漬法 30-2-3 無電電鍍法 30-3 批次實驗 31-3-1 催化材料製備方式動力試驗 31-3-2 金屬種類負載動力試驗 31-3-3 Pd-Cu/TiO2金屬負載比例動力試驗 31-3-4 Pd-Cu/TiO2總金屬負載量動力試驗 32-3-5 催化材料鍛燒溫度動力試驗 32-3-6 氫氣流量動力試驗 32-3-7 反應系統pH值動力試驗 33-3-8 亞硝酸鹽降解動力試驗 33-4 汙染物與產物定量分析 34-4-1 離子層析儀 34-4-2 氨電極 35-5 催化材料物化性分析 37-5-1 場發射槍掃描式電子顯微鏡/X射線能量分散光譜儀 37-5-2 穿透式電子顯微鏡 38-5-3 程式升溫還原儀 39-5-4 BET比表面積測定儀 39-5-5 傅立葉氏轉換紅外線光譜儀 40-5-6 感應耦合電漿原子發射光譜儀 41四章 結果與討論 43-1 材料製備方法的選擇 43-1-1 表面特性分析 43-1-2 動力實驗 51-2 催化材料之選擇與製備條件 53-2-1 批覆金屬之選擇 53-2-2 金屬負載比例 56-2-3 總金屬批覆量 60-2-4 鍛燒溫度 62-3 反應操作條件動力實驗 65-3-1 氫氣流量 65-3-2 反應系統pH值 67-4 亞硝酸鹽降解之動力實驗 70-5 反應機制探討 75-5-1 空白實驗及背景實驗 75-5-2 傅立葉轉換紅外線光譜儀分析 79-5-3 反應機制 81五章 結論與建議 84-1 結論 84-2 建議 86六章 參考文獻 87錄 實驗數據 93application/pdf3381699 bytesapplication/pdfen-US催化加氫硝酸鹽二氧化鈦光沉積法複合金屬催化劑catalytic hydrogenationnitratetitaniaphotodepositionbimetallic catalystthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/181602/1/ntu-98-R96541121-1.pdf