納米Fe-Ni雙金屬催化劑對水中氯代甲烷類物質(zhì)和Cr(Ⅵ)的同步去除機(jī)理研究.pdf

1、氯代甲烷類物質(zhì)是環(huán)境中廣泛存在的一類有機(jī)污染物，極易在各類水體中檢測到，尤其是加氯消毒工藝使用，導(dǎo)致大量氯代甲烷類消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。含鉻重金屬廢水主要來自制革、燃料、電鍍等工業(yè)廢水以及礦物開采、加工行業(yè)，同樣是環(huán)境中常見的污染物。然而，這兩類物質(zhì)均屬于三致物質(zhì)，對人類健康存在潛在威脅。由于當(dāng)前水污染形式日益嚴(yán)峻，同時(shí)包含重金屬和有機(jī)污染物的復(fù)合污染在水體中普遍存在。本研究以環(huán)境中常見的氯代甲烷類物質(zhì)和Cr(Ⅵ)為研究對象，擬尋求一種高效

2、的污染物去除方式，以實(shí)現(xiàn)對此兩類物質(zhì)的有效去除，降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。
　　納米零價(jià)鐵還原技術(shù)在污染物去除方面具有廣闊的應(yīng)用前景，近年來引起了國際社會(huì)的廣泛關(guān)注。由于納米零價(jià)鐵的強(qiáng)還原性，可促使水中氧化態(tài)物質(zhì)發(fā)生得電子還原反應(yīng)，理論上，納米零價(jià)鐵還原技術(shù)具有同步去除氯代甲烷類物質(zhì)和Cr(Ⅵ)的可行性。因此，本研究擬采用納米Fe/Ni雙金屬催化劑開展對水中復(fù)合污染-氯代甲烷類物質(zhì)和Cr(Ⅵ)的同步還原去除研究。
　　本研究采用液相還原

3、法分別制備了納米零價(jià)鐵和納米Fe/Ni雙金屬顆粒。經(jīng)材料表征后發(fā)現(xiàn)，新制備的納米顆粒呈球形，粒徑分布在40～100 nm間，顆粒之間存在部分團(tuán)聚現(xiàn)象。Ni經(jīng)還原后均勻的沉積在納米零價(jià)鐵顆粒表面，經(jīng)EDS元素分析表明，通過分步法制備的Fe/Ni雙金屬顆?？梢允谷芤褐械腘i離子完全還原沉降到Fe顆粒表面。反應(yīng)后的Fe/Ni雙金屬顆粒表面出現(xiàn)樹突狀外形，部分表面出現(xiàn)血小板狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)XRD分析表明，在顆粒表面出現(xiàn)了鐵的氧化物(Fe3O4、FeO

4、OH)以及FeCr2O4等化合物，暗示鐵表面發(fā)生了部分氧化，溶液中的Cr(Ⅵ)以沉淀物的形式得以去除。
　　本研究考察了不同影響因素（溶液pH、Fe/Ni雙金屬催化劑投加量、Ni負(fù)載量、初始氯仿濃度、溫度等）對Fe/Ni雙金屬催化劑去除氯仿和Cr(Ⅵ)過程的影響。研究結(jié)果表明，酸性條件更利于氯仿的還原脫氯反應(yīng)，當(dāng)pH=3.0時(shí)，氯仿在3h內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)100％的完全轉(zhuǎn)化去除。Fe/Ni雙金屬催化劑投加量對脫氯過程有較明顯的影響:過低將

5、由于納米顆?；钚悦娣e的減少而限制脫氯反應(yīng)的進(jìn)行，而過高將由于大量H2生成附著在顆粒表面同樣不利于脫氯反應(yīng)的發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)最佳的Fe/Ni投加量為1.0 g/L。Ni的負(fù)載量同樣影響雙金屬催化劑的脫氯活性:低Ni負(fù)載率由于催化活性位點(diǎn)數(shù)較少而不利于脫氯反應(yīng)的發(fā)生，高Ni負(fù)載率則由于催化劑在鐵顆粒表面過度覆蓋，限制了鐵表面的電子轉(zhuǎn)移，同樣降低了氯仿的還原脫氯速率，結(jié)果顯示，最佳的Ni負(fù)載率為1.0wt％。隨著溶液中氯仿初始濃度的增加，氯仿的

6、脫氯速率得到明顯提高，推測反應(yīng)體系的還原脫氯動(dòng)力學(xué)主要由質(zhì)量擴(kuò)散限制所致。研究進(jìn)一步表明，氯仿在Fe/Ni雙金屬催化劑表面的還原脫氯反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系符合阿倫尼烏斯方程，隨著反應(yīng)溫度的上升，脫氯速率顯著增加;計(jì)算結(jié)果顯示，氯仿在Fe/Ni雙金屬催化劑表面的脫氯反應(yīng)活化能為218.5 kJ/mol。需要指出的是，Cr(Ⅵ)和總鉻受反應(yīng)中不同影響因素的影響相對較小，在各實(shí)驗(yàn)條件均能實(shí)現(xiàn)Cr(Ⅵ)100％和總鉻90％以上的去除效果。

7、　　本研究進(jìn)一步考察了氯代甲烷類物質(zhì)不同分子結(jié)構(gòu)對Fe/Ni雙金屬催化劑還原脫氯活性的影響。研究表明，隨氯原子數(shù)目的增加，還原脫氯速率得到明顯的提高。在相同的反應(yīng)條件下，氯仿可在3h實(shí)現(xiàn)完全去除，四氯化碳則在1.5h內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全轉(zhuǎn)化，而二氯化碳在24 h反應(yīng)后，溶液中仍有20％的剩余。氯代甲烷類物質(zhì)還原脫氯活性遵循:四氯化碳＞氯仿＞二氯甲烷，這與三種物質(zhì)C-Cl鍵斷裂能的順序剛好相反?；趯β却淄轭愇镔|(zhì)還原脫氯過程的分析，研究提出氯代甲