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随着环境保护法律法规的日益严格,水体中氨氮等有害物质的治理引起了广泛关注。催化湿式氧化(CWAO)技术可将氨氮直接高效氧化成氮气,是目前处理氨氮废水最有效的方法之一,但是苛刻的操作条件限制了 CWAO技术处理氨氮废水的工业应用。开发低温高效且稳定的催化剂是提高CWAO技术处理氨氮废水应用过程经济可行性的关键,而探明氨氮催化反应机理则有助于催化剂的进一步设计和研制。本课题组前期研究结果表明,化学还原法制备的Ru-Cu/C双金属催化剂是一种低温高效的氨氮氧化催化剂,但还有待对该催化剂的稳定性和催化反应机理进行深入研究。为此,本文首先考察Ru-Cu/C在催化氧化氨氮过程中的稳定性,并在此基础上,对氨氮催化湿式氧化的反应机理进行了深入研究,主要结果如下:1)在150 ℃的相对温和条件下,Ru-Cu/C双金属催化剂表现出良好的催化活性和稳定性,连续循环反应五次,氨氮转化率都稳定保持在80%以上。ICP、XRD、TEM及BET表征结果表明,催化剂活性金属分散良好,且具有良好的抗流失性能,即使连续循环反应多次,活性金属并未流失,催化剂组成和物相结构也未发生明显变化。2)通过改变反应体系的初始pH、反应温度和气氛,对Ru-Cu/C催化湿式氧化氨氮的反应过程进行深入研究,结果表明氨氮催化氧化反应过程包括以下四种类型的反应:氨氮选择催化氧化生成氮气、氨氮深度氧化生成亚硝酸、NH4+与NO2-之间发生均相歧化反应及亚硝酸进一步氧化生成硝酸。由于pH变化直接影响NH4+、NH3、NO2-和HNO2的浓度变化,因此,四个反应受CWAO过程中pH变化影响较大。催化剂表面氧物种的性质决定反应过程中的pH变化、氮气生成反应及深度氧化反应的产物分布,是决定整个反应过程机理的关键因素。在此基础上,提出了新的氨氮催化湿式氧化反应过程机理,并设计在反应过程中加入额外浓碱或浓酸的实验,进一步验证了所提出的反应机理。