复合凝胶负载纳米Fe/Ni对氯酚类物质的降解研究

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氯酚类有机化合物(Chlorophenols,CPs)常被广泛使用于医药、橡胶等工业中,具有典型的“三致效应”(致癌、致畸、致突变性),对人体及水生生物都具有极大的危害。CPs依据氯取代基个数的差异分为:单氯酚(CP)、二氯苯酚(DCP)和三氯苯酚(TCP),共有19种同类物质。为减少水体中CPs对生物和人的危害性,使自然环境中水体达到一个较为安全的状态,本研究选取CP、DCP的6种同分异构体以及2,3,6-TCP作为研究对象,利用合成的PNIPAm/PHEMA-nZVFe/Ni复合材料对其进行降解研究。具体研究内容如下:(1)制备了粘度为692 cp的线性聚甲基丙烯酸-2-羟乙酯(PHEMA),以其为第二网络,调整致孔剂大小和用量制备了5种结构和性能不同的PNIPAm/PHEMA凝胶;以凝胶为载体负载,采用化学还原法成功负载零价纳米铁镍双金属(PNIPAm/PHEMA-nZVFe/Ni)复合材料,采用SEM、SEM-EDS、SEM-Mappig、XRD以及FTIR等方法对所合成材料进行表征测试,结果表明:凝胶载体具有均匀的贯穿孔洞结构,孔径在5μm-30μm,纳米金属颗粒的粒径范围大都在50-90 nm;纳米双金属颗粒均匀地分散在孔壁上,无明显团聚现象。(2)通过控制变量法,本文设计单因素实验分析,考察Ni/Fe比值、凝胶载体用量、溶液初始pH、反应温度以及致孔剂5个不同影响因素对PNIPAm/PHEMA-nZVFe/Ni复合材料降解4-CP的影响。得出最佳条件为:Ni/Fe比值为3.5%,凝胶载体用量0.3 g,溶液初始pH为3.0-5.0,反应温度设置为20℃,致孔剂选用0.1 g的PEG1500。(3)对4-CP的降解脱氯机理进行了分析研究。4-CP的挥发损失可以忽略;凝胶载体对4-CP的吸附率在30%左右,推测载体对4-CP的脱氯降解具有协同作用;零价纳米Fe释放电子,通过电子转移和Ni的催化作用使得4-CP脱氯,通过HPLC检测分析4-CP的降解还原只有苯酚这一种生成物;对不同条件下4-CP的降解过程进行了降解动力学模型研究分析,拟合结果表明:PNIPAm/PHEMA-nZVFe/Ni复合材料降解4-CP的过程符合一级反应动力学模型。探讨了载体的重复利用性能和PNIPAm/PHEMA-nZVFe/Ni复合材料的储存稳定性,结果发现载体重复利用性能以及复合材料的储存稳定性能均较好。(4)在最佳条件下对单氯酚、二氯酚的6种同分异构体和2,3,6-三氯酚进行降解脱氯研究,实验结果表明:单氯酚降解脱氯程度由易至难依次为:4-CP>2-CP>3-CP;二氯酚的脱氯程度由易到难:2,4-DCP>3,5-DCP>2,3-DCP>2,5-DCP>2,6-DCP>3,4-DCP;氯酚类物质的降解反应均符合一级反应动力学模型。
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