In this study, the effect of initial nitrate loading on nitrate removal and byproduct selectivity was evaluated in a continuous system. Nitrate removal decreased from 100% to 25% with the increase in nitrate loading from 10 to $300mg/L\;NO_3-N$. Ammonium selectivity decreased and nitrite selectivity increased, while nitrogen selectivity showed a peak shape in the same range of nitrate loading. The nitrate removal was enhanced at low catalyst to nitrate ratios and 100% nitrate removal was achieved at catalyst to nitrate ratio of ${\geq}33mg\;catalyst/mg\;NO_3-N$. Maximum nitrogen selectivity (47%) was observed at $66mg\;catalyst/mg\;NO_3-N$, showing that continuous Cu-Pd-NZVI system has a maximum removal capacity of 37 mg $NO_3{^-}-N/g_{catalyst}/h$. The results from this study emphasize that nitrate reduction in a bimetallic catalytic system could be sensitive to changes in optimized regimes.
Kim, Min-Sung;Chung, Sang-Ho;Lee, Myung Suk;Lee, Dae-Won;Lee, Kwan-Young
Clean Technology
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v.19
no.1
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pp.65-72
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2013
In this study, we investigated the activity of Pd and Cu co-incorporated on mesoporous silica support such as MCM-41 and SBA-15 for catalytic nitrate reduction in water. In pure hydrogen flow, nitrate concentration was gradually decreased with the reaction time, but nitrogen selectivity was too low due to very high pH of reaction medium after the reaction. In order to acquire high nitrogen selectivity, we utilized carbon dioxide as a pH buffer, which resulted in higher nitrogen selectivity (about 40%). For the above reaction conditions, Pd-Cu/MCM-41 showed better performance than Pd-Cu/SBA-15. The physicochemical properties of both catalysts were investigated to figure out the relationship between the characteristics of the catalysts and the catalytic activity on the catalytic nitrate reduction by $N_2$ adsoprtion-desorption, X-ray diffraction (XRD), $H_2$-temperature programmed reduction, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques.
In this study, we synthesized $TiO_2$ supports with nanosized crystalline structure by solvothermal method and prepared $TiO_2$ supported Pd-Cu catalysts. It was shown that the crystalline size of $TiO_2$ support in the catalyst influenced on the catalytic activity of nitrate reduction in water. The catalyst with the smaller crystalline size of $TiO_2$ support presented faster nitrate reduction rate, but had low nitrogen selectivity due to high pH environment of reaction medium during the reaction. Through injection of carbon dioxide as a pH buffer, the nitrogen selectivity increased by about 60%. Furthermore, we investigated that the relationships between the catalytic performance and the physicochemical properties of the prepared catalysts characterized by $N_2$ adsoprtion-desorption, X-ray diffraction (XRD), $H_2$-temperature programmed reduction (TPR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
The bioelectrochemical reduction of nitrate in the presence of various mediators including methyl viologen and azure A was studied using a 3-electrode voltammetric system. The catalytic potential for the reduction of the mediators was observed in the reactor, which for methyl viologen and azure A were -0.74 V and -0.32 V, respectively, with respect to the potential of Ag/AgCl reference electrode. This potential was then applied to a working electrode to reduce each mediator for enzymatic nitrate reduction. Nitrite, the product of the reaction, was measured to observe the enzymatic nitrate reduction in the reaction media. Methyl viologen was observed as the most efficient mediator among those tested, while azure A showed the highest electron efficiency at the intrinsic reduction potential when the mediated enzyme reactions were carried out with the freely solubilized mediator. The electron transfer of azure A with respect to time was due to the adhesion of azure A to the hydrophilic surface during the reduction. In addition, the use of the adsorbed mediator on conductive activated carbon was proposed to inhibit the change in the electron transfer rate during the reaction by maintaining a constant mediator concentration and active surface area of the electrode. Azure A showed better than nitrite formation than methyl viologen when used with activated carbon.
Yun, Tae Ho;Pyo, Sang Hyeon;Park, Mun Gyu;Han, Byeong Hui
Journal of the Korean Chemical Society
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v.38
no.5
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pp.397-403
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1994
An activated catalyst prepared from a mixture of nickel nitrate hexahydrate with zinc in dry ethanol under reflux showed exceptional catalytic activity for the reduction of nitroarenes to the corresponding azoxy compounds exclusively in the presence of hydrazine monohydrate. However, when nickel nitrate hexahydrate was replaced by nickel chloride dihydrate with zinc, only the aminoarenes were formed in high yields. With unactivated catalyst, the reduction reaction from a mixture of nitroarenes, nickel nitrate or chloride, excess zinc and hydrazine monohydrate gave the corresponding azo, azoxy and amino compounds in much lower yields.
Fullerene oxide[$C_{60}(O)_n$, ($n{\geq}1$)] was synthesized by dissolving fullerene[$C_{60}$] and 3-chloroperoxybenzoic acid in toluene under refluxing condition for 5 h. Hybrid fullerene oxide-silver nanoparticle composites were synthesized by dissolving fullerene oxide and silver nitrate[$AgNO_3$] in diethylene glycol under ultrasonic irradiation for 3 h. The synthesized hybrid nanocomposites were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and ultraviolet-visible[UV-vis] spectroscopy. The catalytic activity for the reduction of various nitroanilines[NAs] was identified by UV-vis spectrophotometer. The efficiency of the catalytic reduction by the synthesized hybrid nanocomposites has an order of 4-NA > 2-NA > 3-NA.
Nickel oxide (NiO) nanoparticles were synthesized by a reaction of nickel nitrate hexahydrate (Ni(NO3)2·6H2O) and sodium hydroxide (NaOH). The synthesized NiO nanoparticles were examined with X-ray diffraction, scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, and ultraviolet-visible (UV-vis) spectroscopy. The NiO nanoparticles were used as the catalyst for the reduction of o- and m-nitroaniline to phenylenediamine. The reduction rate of m-nitroaniline was faster than that of o-nitroaniline. The reduction rate for both o- and m-nitroaniline increased as the reaction temperature increased. The rate of reduction for nitroaniline followed a pseudo first-order reaction rate law.
In this study, catalyst was made through incipient wetness method using palladium (Pd) as noble metal, indium (In) as secondary metal, and montmorillonite (MK10) and Al pillared montmorillonite (Al-MK10) as supporters. The nitrate reduction rate of the catalysts was measured by batch experiments where H2 gas was used as reducing agent and formic acid as pH controller. Transmission electron microscopy (TEM) equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were all used to determine the elemental distribution of Pd, In, Al, and Si on catalysts. It was observed that Al pillaring increased the Al/Si elemental composition ratio and point of zero charge of MK10, but decreased its BET specific surface area and pore volume. The nitrate reduction rate of Al-MK10 Pd/In was 2.0 ~ 2.5 times higher than that of MK10 Pd/In using artificial groundwater (GW) in ambient temperature and pressure. Nitrate reduction rates in GW were 1.2 ~ 1.7 times lower than those in distilled deionized water (DDW). Nitrate reduction rates in acidic conditions were higher than those in neutral condition in both GW and DDW. The amount of produced NH3-N over degraded NO3- at acid conditions was lower than that of neutral condition. Even though the leaching of Pd after reaction was measured in DDW it was not detected when both Al-MK10 Pd/In and MK10 Pd/In were used in GW. The modification of montmorillonite as a supporter significantly increased the reductive catalytic activities of nitrates. However, the ratio of producing ammonia by-products to degraded nitrates in ambient temperature and pressure was similar.
The catalytic behavior of the manganese oxides was studied for the selective catalytic reduction with ammonia at a low temperature condition under $200^{\circ}C$. Outlet unreacted ammonia increases with decreasing temperature and increasing $NH_3/NOx$ mole ratio, however $NO_2$ shows an opposite result. $NO_2$ is generated by the adsorption of NO on the catalyst and the following oxidization to nitrates. Unreacted NH3 slip is not observed even at the $NH_3/NOx$ feed ratio above 1.0 due to the reaction between formed nitrates on the catalyst and adsorbed ammonia. The addition of Zr increases $NO_2$ generation, whereas the addition of CeO2 on the catalyst decreases $NO_2$ generation. Furthermore, the additon of the metal oxide induce DeNOx efficiency to reduce.
Duan, Huamei;Yang, Yunxia;Patel, Jim;Burke, Nick;Zhai, Yuchun;Webley, Paul A.;Chen, Dengfu;Long, Mujun
Carbon letters
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v.25
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pp.33-42
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2018
Activated carbon (AC) was modified by ammonium persulphate or nitric acid, respectively. AC and the modified materials were used as catalyst supports. The oxygen groups were introduced in the supports during the modifications. All the supports were characterized by $N_2$-physisorption, Raman, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscopy (TEM), and thermogravimetric analysis. Methanol synthesis catalysts were prepared through wet impregnation of copper nitrate and zinc nitrate on the supports followed by thermal decomposition. These catalysts were measured by the means of $N_2$-physisorption, X-ray diffraction, XPS, temperature programmed reduction and TEM tests. The catalytic performances of the prepared catalysts were compared with a commercial catalyst (CZA) in this work. The results showed that the methanol production rate of AC-CZ ($23mmol-CH_3OH/(g-Cu{\cdot}h)$) was higher, on Cu loading basis, than that of CZA ($9mmol-CH_3OH/(g-Cu{\cdot}h)$). We also found that the modification methods produced strong metal-support interactions leading to poor catalytic performance. AC without any modification can prompt the catalytic performance of the resulted catalyst.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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