Гидрирование нитрат-иона на Pd-содержащих катализаторах, активированных ультразвуком

• Автор: Гавриленко, Александра Васильевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 162 с. : ил.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ НИТРАТОВ

1.1 Источники загрязнения нитратами водных объектов. Санитарные аспекты токсичности нитратов.

1.2 Методы удаления нитратов

1.2.1 Биологические методы

1.2.2 Химические методы

1.2.3 Физикохимические методы

2 ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФИЗИКОХИМИЧЕСКОЙ ДЕНИТРИФИКАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕТЕРОГЕННЫХ КАТАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1 Описание механизмов каталитической дснитрификации и их особенностей

2.1.1 Механизмы каталитического гидрирования нитратов

2.1.2 Влияние состава катализатора на процесс денитрификации

2.1.3 Влияние носителя катализатора на процесс денитрификации

2.1.4 Влияние природы прекурсора типа нитратных солей на процесс денитрификации
2.1.5 Влияние кислотности среды на процесс де нитрификации
2.2 Влияние ультразвука на каталитические процессы
2.2.1 Дореакционная подготовка катализаторов
2.2.1.1 Ультразвуковое воздействие при приготовлении
катализаторов
2.2.1.2 Ультразвуковое воздействие на готовый катализатор
2.2.2 Звукохимический катализ
2.2.2. Гомогенный катализ
2.2.2.2 Гетерогенный катализ
3 МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И АНАЛИЗОВ
3.1 Сырье и вспомогательные материалы
3.2 Методики приготовления катализаторов
3.2.1 Синтез монометаллического катализатора РсуА3
3.2.2 Синтез биметаллического катализатора Рб2пуА
3.2.3 Синтез биметаллического катализатора РбСиуА0з
3.2.4 Синтез биметаллического катализатора Рб8пуА
3.2.5 Синтез монометаллического катализатора РбхитозаиуА
3.2.6 Синтез биметаллического катализатора РспСПС
3.2.7 Синтез биметаллического катализатора РбСиСПС
3.3 Оборудование и методика ультразвуковой обработки
3.3.1 Устройство и работа ультразвуковой установки
3.3.1.1 Настройка генератора на резонансную частоту излучателя
3.3.1.2 Работа генератора с таймером в режиме индикатора
3.3.1.3 Работа установки с таймером в режиме задатчика времени
3.3.2 Методика ультразвуковой активации катализаторов
3.4 Установка для проведения гидрирования в статических условиях при атмосферном давлении водорода
3.5 Методика проведения гидрирования
3.6 Физикохимические исследования
3.6.1 Методика потенциометрического определения содержания нитратов в реакционном растворе и рНсрсды
3.6.2 Методика определения поверхностных характеристик катализаторов
3.6.3 Методика определения массовых валовых содержаний химических элементов методом рентгенофлуоресцентного анализа РФА
3.6.4 Методика рентгенофотоэлектронной спектроскопии образцов РФЭС
3.6.5 Методика проведения определения гранулометрического
состава
3.6.6 Методика проведения трансмиссионной электронной микроскопии ТЭМ
3.6.7 Инфракрасная спектроскопия адсорбции СО
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ НИТРАТОВ
4.1 Исследование кинетики процесса денитрификации
4.1.1 Выбор оптимальных условий проведения процесса
4.1.1.1 Влияние интенсивности перемешивания
4.1.1.2 Выявление оптимальной начальной концентрации нитратиона
4.1.2 Выбор каталитической системы
4.1.2.1 Выбор каталитически активных металлов
4.1.2.2 Выбор носителя для катализатора
4.1.3 Изучение влияния температуры на скорость процесса гидрирования и механизм реакции
4.1.4 Изучение влияния количества катализатора и начальной концентрации субстрата на активность каталитических систем
4.1.5 Влияние параметров ультразвукового воздействия на активность палладиймедного катализатора
4.2 Физикохимические исследования катализатора
4.2.1 Определение поверхностных характеристик катализаторов
4.2.2 Определение массовых валовых содержаний химических 5 элементов методом рснттснофлуорссцснтного анализа
4.2.3 Рентгенофотоэлектрониос исследование образцов
4.2.4 Определение гранулометрического состава
4.2.5 Трансмиссионная электронная микроскопия
4.2.6 Инфракрасная спектроскопия адсорбции СО
5 КИНЕТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ГИДРИРОВАНИЯ
НИТРАТОВ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
5.1 Определение порядка и констант скоростей гидрирования 1 нитратов
5.2 Определение параметров уравнения Аррениуса
5.2.1 Определение кажущейся энергии активации по 5 экспериментальным данным
5.2.2 Определение кажущейся энергии активации по 8 математическим моделям
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Основными антропогенными источниками поступления нитратов в воду являются сброс хозяйственнобытовых сточных вод и сток с полей, на которых применяются нитратные удобрения. Наибольшие концентрации нитратов обнаруживаются в поверхностных и приповерхностных подземных водах, наименьшие в глубоких скважинах. Очень важно проверять на содержание нитратов воду из колодцев, родников, водопроводную воду, особенно в районах с развитым сельским хозяйством. Повышенное содержание нитратов в поверхностных водоемах ведст к их зарастанию, азот, как биогенный элемент, способствует росту водорослей и бактерий. Это называется процессом эвтрофикации. Процесс этот весьма опасен для водоемов, так как последующее разложение биомассы растений израсходует весь кислород в воде, что, в свою очередь, приведет к гибели фауны водоема. Питьевая вода является важнейшим компонентов питания. России не соответствует международным стандартам качества 3. Только россиян употребляют воду из подземных источников и из поверхностных источников, качество воды в которых значительно ниже. При этом в развитых странах пропорция обратная. Современные масштабы нитратного загрязнения фунтовых вод в колодцах и мелких индивидуальных скважинах в сельских населенных пунктах исключительно велики. По результатам гидрогеохимических исследований, выполненных в последние годы, процентов всех колодцев содержат нитраты в количествах, превышающих предельнодопустимые концентрации ПДК. ПДК в питьевой воде не должна превышать мгл. Различное содержание нитратов в груггтовых водах по регионам определяется в целом видом и интенсивностью сельскохозяйственной эксплуатации земель, в результате которой концентрация нитратионов может превышать величину 0 мгл, например, в областях с интенсивным применением удобрений и компоста. Увеличение концентрации нитратов происходит за счет повышенного внесения навоза, бурды, очистных осадков и минеральных удобрений, вызванного интенсивным сельским хозяйством 4. Другой проблемой является присутствие в грунтовых водах нтритов, образующихся в процессе неполной денитрификации нитратов. П Европейском союзе ПДК для нитритиона составляет 0. России 3. Нитраты, содержащиеся в питьевой воде, попадают в организм человека. Сам нитрат обладает незначительной первичной токсичностью, так, летальная доза для взрослого составляет 8 г 8. При этом в организме нитрат микробиологически или химически восстанавливается до нитрита вторичная токсичность нитратов, из которого в крови образуются нитрозилионы 0, вследствие чего возрастает концеггграция метгемоглобина. Снижается способность крови к переносу кислорода, что ведет к неблагоприятным последствиям для организма. Для младенцев мг нитрита уже могут вызвать симптомы нехватки кислорода. Из вторичных аминов и нитрита в кислой среде может образовываться сильно канцерогенный нитрозоамин третичная токсичность нитратов. В целом сложно судить о ряде воздействия нитрат нитрит нитрозил соединений с точки зрения их токсичности. В качестве мер профилактической защиты человеческого здоровья во многих странах, в том числе в России и в Германии, установлены предельно допустимые концентрации для различных азотсодержащих веществ в питьевой поде, а также в продуктах питания таблицы 1,2 . Такие нормы существуют и на территории Евросоюза . Соединение Нормативы ПДК, мгл, не более СанПиН 2. Нормативы ПДК, мгл, не более ГИ 2. Нитрит по 3. Аммиак по азоту 2. Нитрит по К 0. Аммоний по ЫН4 0. По данным современных исследований, даже при полном прекращении деятельности человека, связанной с зафязнением окружающей среды соединениями азота, их концентрация в поверхностных и фунтовых водах будет повышаться. Поэтому, наряду с офаничением выбросов азотсодержащих веществ из промышленности, сельского и домашнего хозяйства, транспорта и с рациональным использованием удобрений, необходимо разрабатывать и применять различные технологические мероприятия по снижению содержания нитратов в фунтовых и питьевых водах . Удаление нитратов крайне зафуднено вследствие их хорошей растворимости. Процесс восстановления нитратов и нифитов до молекулярного азота называется деншрификацией.