纳米Pd/Fe双金属催化剂对水中氯代甲烷催化还原脱氯的研究

【摘要】： 零价铁作为一种廉价、简单有效的脱氯还原剂,其在处理水中氯代有机物方面的作用已经得到了普遍肯定。为了提高铁催化还原的效率,人们尝试采用钯铁双金属体系处理氯代物,并取得了很好的效果。而纳米材料由于具有高比表面积及较高的反应活性等特点,利用纳米Pd/Fe双金属体系对含氯有机物进行催化还原脱氯近年来日益受到关注。 本文用液相还原法制备了纳米Fe,通过比较两种钯化方法制备的纳米Pd/Fe双金属催化剂的晶体结构和对氯代甲烷的还原脱氯效果,筛选出制备纳米Pd/Fe双金属催化剂的最佳方法。 通过透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射光谱(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、能谱分析(EDS)、BET-N_2比表面积测定等分析检测手段,表征了纳米级Pd/Fe双金属催化剂颗粒的形状和大小、晶体结构、钯化率、钯负载均匀度及其比表面积。 利用纳米Pd/Fe双金属催化剂对一系列氯代甲烷的脱氯效果进行了系统研究,主要探讨了钯化率、钯铁投加量、目标物初始浓度、初始pH值及氯代甲烷氯化度等因素对脱氯效果的影响,发现三种氯代甲烷的脱氯率随着钯化率的增大、纳米Pd/Fe双金属催化剂投加量的增大而增大,在实验浓度范围内(20mg/L-150mg/L),脱氯率随氯代甲烷初始浓度的增加而减小、中性条件最有利于催化还原脱氯反应的进行。脱氯率随氯化度的增大而减小。本实验还探讨了催化还原脱氯反应体系中pH值的变化及Fe~(2+)和Pd~(2+)浓度的变化,发现反应过程中溶液pH值随着反应的进行缓慢升高,Fe2+浓度先增大后减小,Pd~(2+)浓度始终低于仪器检测限(0.005mg/L)。 最后,本文通过对体系中反应物、及各种生成物浓度变化规律的分析,初步探讨了Pd/Fe双金属催化还原体系中氯代甲烷的脱氯机理。发现纳米Pd/Fe双金属催化剂对氯化甲烷的脱氯反应每个氯代甲烷分子每次脱除的Cl可能是一个或者多个。 【关键词】：甲烷氯代物 纳米Pd/Fe 零价铁 脱氯
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 氯甲烷的性质、来源及危害11-16
• 1.3 处理氯代有机物的几种方法16-20
• 1.3.1 物理法处理氯代有机物16-17
• 1.3.2 生物法治理氯代有机物17-18
• 1.3.3 化学法治理氯代有机物18-20
• 1.4 零价铁还原处理氯代有机物20-24
• 1.4.1 零价铁还原脱氯机理20-21
• 1.4.2 零价铁处理处理水中氯代有机物研究现状21-22
• 1.4.3 双金属催化还原脱氯机理22
• 1.4.4 双金属催化还原处理含氯有机物研究现状22-24
• 1.5 课题研究内容24-25
• 第2章 纳米Pd/Fe 双金属催化剂的制备及表征25-38
• 2.1 实验试剂与仪器26-27
• 2.1.1 试剂26
• 2.1.2 仪器26-27
• 2.2 纳米Pd/Fe 双金属催化剂的制备27-28
• 2.2.1 纳米Fe 金属催化剂的制备27-28
• 2.2.2 纳米Fe 金属催化剂的钯化28
• 2.3 不同催化还原剂催化还原效果28-31
• 2.3.1 实验方法28-29
• 2.3.2 不同催化还原剂对CCl_4 的催化还原效果29-30
• 2.3.3 不同催化还原剂对CHCl_3 的催化还原效果30
• 2.3.4 不同催化还原剂对CH_2Cl_2 的催化还原效果30-31
• 2.4 纳米Pd/Fe 双金属催化剂的表征31-37
• 2.4.1 纳米Pd/Fe 双金属催化剂钯化率的测定31-32
• 2.4.2 纳米级Pd/Fe 双金属催化剂晶体结构的测定32-34
• 2.4.3 纳米级Pd/Fe 双金属催化剂的形状和粒径及表面形态检测34-35
• 2.4.4 纳米级Pd/Fe 双金属催化剂钯负载均匀度的测定35
• 2.4.5 纳米级Pd/Fe 双金属催化剂比表面积测定35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 纳米Pd/Fe 双金属催化剂对氯代甲烷催化还原脱氯研究38-54
• 3.1 试验方法与试验仪器39-41
• 3.1.1 实验方法39-40
• 3.1.2 实验仪器与试剂40-41
• 3.2 纳米Pd/Fe 双金属催化剂对四氯甲烷的催化还原脱氯研究41-44
• 3.2.1 纳米Pd/Fe 双金属催化剂钯化率对CCl_4 脱氯效果的影响41-42
• 3.2.2 纳米Pd/Fe 金属催化剂投加量对CCl_4 脱氯效果的影响42
• 3.2.3 CCl_4 初始浓度对脱氯效果的影响42-43
• 3.2.4 CCl_4 模拟废水初始pH 值对脱氯效果的影响43-44
• 3.3 纳米Pd/Fe 双金属催化剂对三氯甲烷的催化还原脱氯研究44-46
• 3.3.1 纳米Pd/Fe 双金属催化剂钯化率对CHCl_3 脱氯效果的影响44
• 3.3.2 纳米Pd/Fe 的投加量对二氯甲烷处理效果的影响44-45
• 3.3.3 CHCl_3 初始浓度对脱氯效果的影响45-46
• 3.3.4 CHCl_3 模拟废水初始pH 值对脱氯反应的影响46
• 3.4 纳米Pd/Fe 双金属催化剂对二氯甲烷的催化还原脱氯研究46-49
• 3.4.1 纳米Pd/Fe 双金属催化剂钯化率对CH_2Cl_2 脱氯效果的影响46-47
• 3.4.2 纳米Pd/Fe 双金属催化剂的投加量对CH_2Cl_2 脱氯效果的影响47-48
• 3.4.3 CH_2Cl_2 初始浓度对脱氯效果的影响48-49
• 3.4.4 CH_2Cl_2 模拟废水初始pH 值对脱氯效果的影响49
• 3.5 有机物（氯代甲烷氯化度）对脱氯反应的影响49-50
• 3.6 催化还原反应对水质的影响50-53
• 3.6.1 催化还原反应过程中体系pH 的变化50-51
• 3.6.2 催化还原反应过程中体系Fe~(2+)的变化51-52
• 3.6.3 催化还原反应过程中体系Pd~(2+)浓度的变化52-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第4章 催化还原脱氯反应机理的初步探讨54-62
• 4.1 三种氯代甲烷及甲烷检测方法的确定54-56
• 4.1.1 三种氯甲烷的测定方法及其标准曲线54-56
• 4.1.2 甲烷的测定方法及其标准曲线56
• 4.2 三种氯代甲烷催化还原脱氯过程中反应物与产物的变化56-59
• 4.2.1 CCl_4 催化还原脱氯过程中反应物与产物的变化57-58
• 4.2.2 CHCl_3 催化还原脱氯过程中反应物与产物的变化58
• 4.2.3 CH_2Cl_2 催化还原脱氯过程中反应物与产物的变化58-59
• 4.3 脱氯机理的初步探讨59-61
• 4.3.1 反应途径的探讨59-60
• 4.3.2 脱氯机理的初步探讨60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-70
• 致谢70

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