Investigation of Reaction and Kinetics of the Catalytic Nitrate Reduction

Nitrat und Nitrit werden mittels bimetallischer Palladium-Katalysatoren selektiv zu Stickstoff reduziert. In dieser Arbeit wurde ein für die entsprechenden Untersuchungen geeignetes Multiphasen-Reaktorsystem konstruiert, aufgebaut und charakterisiert. Erstmalig konnte der Reaktionsverlauf der katalytischen Nitrat- und Nitritreduktion einschließlich der Gasphase verfolgt werden. PdCu-, PdSn-, und PdIn-Katalysatoren wurden untersucht. Für die kinetischen Untersuchungen der Nitratreduktion wurden die drei Katalysatorsysteme hinsichtlich ihrer Aktivität, Selektivität und der intermediären Nitrit- und N2O-Freisetzung in Abhängigkeit vom pH-Wert getested.Neben dem pH-Wert wurden die Nitrat- bzw. Nitrit-Anfangskonzentration und der Wasserstoffpartialdruck variiert. Für den Nitratabbau am PdSn-Katalysator konnte eine Formalkinetik aufgestellt werden. Der Einfluß des Wasserstoffpartialdruckes wurde im Bereich von 60 - 8000 mbar untersucht. Die Selektiviät steigt auf mehr als 99 % bei 60 mbar bei einer Aktivität von 100 mg Nitrat/g Kat. h (Umsatz >99 %). Intermediäres Nitrit konnte nicht gefunden werden. Bei 8000 mbar Partialdruck beträgt die Selektivität 95 % bei einer Aktivität von 280 mg Nitrat/g Kat. h (Umsatz >99 %). Die Stickstoffbilanz verschiedener Katalysatoren (PdCu, PdSn, Pd) wurde für die Reduktion von Nitrat, Nitrit und N2O mit Wasserstoff aufgenommen. Es zeigte sich, daß Stickstoff und Ammonium die einzigen Produkte der Reduktion von Nitrat bzw. Nitrit unter den Reaktionsbedingungen sind. Distickstoffmonoxid wird selektiv zu Stickstoff reduziert.Nitrate and nitrite are selectively reduced to nitrogen by means of bimetallic palladium catalysts. In this work a suitable multiphase reactor was designed , constructed and tested. For the first time it was possible to trace the catalytic reduction of nitrate and nitrite including the gases involved.PdCu-, PdSn-, and PdIn-catalysts were investigated. These catalysts were tested on activity, selectivity , intermediate nitrite and nitrogenoxide formationwith varied pH- value, nitrite and nitrate starting concentration respectivly. A formal kinetic model could be established for nitrate reduction with PdSn-catalyst. The role of hydrogen partial pressure was investigated in the range of 60-8000 mbar. The selectivity increases to more than 99 % at 60 mbar at an activity of 100mg nitrate/g cat h (conversion >99 %). The nitrogen bilance of different catalysts (PdCu, PdSn, Pd) was analysed for the reduction of nitrate, nitrite and nitrogen oxide with hydrogen as reductive. Nitrogen and ammonia are the single products under given reaction conditions. Nitrogenoxide is selectively reduced to nitrogen