镍—铁/泡沫镍催化还原剂制备及氯代有机物催化脱氯研究

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零价铁用于水中含氯有机物的处理已引起了广泛关注。为了提高零价铁对氯代有机物的降解效率,常添加第二种元素(Ni、Pa)作为催化剂,提高反应活性;同时,为了增大双金属纳米粒子的比表面积,研究人员在负载纳米颗粒载体的筛选与改性方面开展了大量研究,以降低零价金属粒子在载体表面出现的团聚,提高脱氯能力。本文对镍-铁/泡沫镍双金属催化还原剂的制备、表征及对目标污染物一氯乙酸(MCAA)、三氯乙酸(TCAA)的降解脱氯情况进行研究:首先,以泡沫镍为载体,采用电沉积法制备镍-铁/泡沫镍催化还原剂。系统研究了制备镍-铁/泡沫镍双金属催化还原剂最佳工艺参数为电解质种类为硫酸盐体系、缓冲剂硼酸浓度为100mg/L、沉积液中镍铁离子浓度比为0.1、沉积电流密度为0.8mA/cm2、沉积时间为60分钟,这样所制备的催化还原剂对对氯乙酸具有良好的脱率效果,本研究对1mg/L、5mg/L、10mg/L氯乙酸降解120分钟,最终脱氯率分别为84.3%、68.9%和52.7%,对1mg/L、5mg/L、10mg/L三氯乙酸降解120分钟,最终降解率分别为76.1%、70.4%和60.6%。其次,通过扫描电镜(SEM)对镍-铁/泡沫镍双金属催化还原剂的表面形貌进行表征,可以观察到采用电沉积法制备的最优Ni/Fe-泡沫镍双金属催化还原剂在基体泡沫镍上分布均匀、密集、呈针状结构,无团聚现象;通过X射线衍射仪(XRD)对镍-铁/泡沫镍晶体结构类型进行表征,观察到了bccFe0的110衍射峰,200衍射峰及211衍射峰;通过能谱分析仪(EDS)可观察到镍-铁/泡沫镍双金属催化还原剂表面上的零价铁成分。通过采用不同镍-铁/泡沫镍投加量、目标污染物初始浓度考察了镍-铁/泡沫镍催化还原剂对一氯乙酸、三氯乙酸的降解效率的影响,通过对目标污染物降解率的线性拟合,可知降解率与时间的反应速率函数遵循一阶反应动力学规律,且表观反应速率常数Kobs随着目标污染物初始浓度的降低、镍-铁/泡沫镍投加量增加而增大。最后,为了提高镍-铁/泡沫镍的重复利用率,实验过程中采用硫酸钠作为电解质,利用电化学方法对还原脱氯失活后的镍-铁/泡沫镍催化还原剂进行再生。研究表明,再生后的催化还原剂具有较好的脱氯效果,其脱氯效率为新制备的催化还原剂的90%左右。
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