锌钯还原降解多溴联苯醚的影响因素和机理的研究

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多溴联苯醚(PBDEs)作为全球产量最大的阻燃剂,被广泛用于纺织品、建筑材料和电子产品当中。PBDEs进入环境中后难以被降解,因此在土壤、大气、水环境中普遍存在,甚至在北极地区被检测到,而且PBDEs具有肝毒性、胚胎毒性和生殖毒性,会对人类、野生动物带来极大的环境风险。因此许多技术已经被运用于处理这种污染物,包括光降解、化学降解和生物降解等技术。在本次研究中我们将采用零价锌-钯双金属(Pd/ZVZ)这种安全、高效的技术对PBDEs进行降解。我们将零价金属锌(ZVZ)的各项性质与锌钯(Pd/ZVZ)进行对比,探究Pd/ZVZ的实用优势,并且探究材料施用时负载量、投加量、p H范围、材料老化时间和溴取代数目对Pd/ZVZ降解效果的影响,得出材料的适用范围。选择环境中毒性大且常被检测到的BDE-47作为主要污染物探究Pd/ZVZ降解多联苯醚的机理,为中间产物积累提供预测依据,降低降解过程中可能产生的环境风险。实验结果和结论如下所示:(1)本研究采用置换法制取Pd/ZVZ颗粒,通过扫描电镜(SEM)得出ZVZ和Pd/ZVZ的颗粒大小在5-13μm,结合能量分散谱(EDS)的元素含量图与元素分布图可知,置换法成功地负载Pd在ZVZ表面上。根据BET计算,Pd/ZVZ的比表面积为7.869m~2/g。(2)在BDE-47的降解过程中,与ZVZ相比Pd的负载显著提高了降解效率,三种理论负载量(0.5%、1%和2%wt)在2 h内均能降解97%左右的BDE-47,考虑成本与降解速率,Pd的最佳负载量为1%wt,而Pd/ZVZ的最佳投加量为20 mg。Pd/ZVZ降解BDE-47的效率不会随着材料放置时间的变长而降低,此材料不受老化时间的影响。(3)ZVZ系统中的降解速率随着p H的升高而降低,而在Pd/ZVZ系统中,BDE-47的降解速率几乎没有变化,证明Pd/ZVZ材料的性能不受p H(p H=3,5,7)的影响。ZVZ的降解速率会随溴代数目的减少而降低,并且二溴联苯醚很难被继续降解。在Pd/ZVZ系统中,降解速率不受溴取代数目的影响。所以在BDE-47的降解过程中,ZVZ系统中有大量中间产物特别是BDE-15积累,而Pd/ZVZ系统中几乎没有中间产物,BDE-47以很快的速度完全脱毒生成DE。(4)纯水体系中,ZVZ降解PBDEs时遵循电子转移机理,当Pd负载在ZVZ上后,体系中优先污染物发生改变。对比过去研究得出结论,在Pd/ZVZ系统中,PBDEs降解时遵循H原子转移机理,并且随着Pd负载量的增加,H原子转移机理逐渐在体系中占据主导地位。但是当在低p H(p H<3)下对Pd/ZVZ降解PBDEs进行探究时,发现降解机理不同于以往任何一种已知机理,而出现了单键转移的现象。
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