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简答题 某地下水净化工程计划利用硝酸根离子的氢气催化还原反应去除地下水中的硝酸根（将氢气送入污染地下水中，并选择金属铜为固体催化剂（内部无微孔）。假设该反应主要发生在催化剂的外表面，为非慢速反应且硝酸根的主要还原产物为氮气（实事上，根据反应条件的不同，氨有时会成为主要还原产物），反应式为：NO3-+H2→ N2+H2O （1）试分析该反应系统的微观过程。 （2）假如让你设计该反应系统，你会选用哪种形式的固相催化反应器？为什么？该类反应器有什么缺点？
  • （1）本反应为非均相气液固三相反应。
    ①H2溶解于地下水，由气相进入液相。
    ②液相主体中的H2、NO3－扩散，从流体主体穿过边界层向固体催化剂表面传递。
    ③反应物的吸附：反应物在催化剂表面活性中心上吸附，成为活化分子。
    ④表面反应：活化分子在催化剂表面上发生反应，生成吸附态产物。反应必须借助于催化剂表面的活性中心才能发生。
    ⑤产物的脱附：反应产物N2从固体表面脱附。
    ⑥产物的扩散：反应产物N2从固体外表面穿过边界层向流体主体传递。
    ⑦反应产物N2从液相进入气相。
    （2）选择流化床反应器。
    原因如下：
    ①反应为液-固反应，流化床反应器主要用于液-固催化反应，而固定床催化反应器则用于气－固催化反应
    ②热能效率高，而且床内温度易于维持均匀；
    ③传质效率高；
    ④反应器的结构简单。
    流化床反应的缺点为：
    ①能量消耗大；
    ②颗粒间的磨损和带出造成催化剂的损耗；
    ③气固反应的流动状态不均匀，有时会降低气固接触面积；
    ④颗粒的流动基本上是全混流，同时造成流体的返混，影响反应速率。

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