改性载体负载纳米零价Fe/Ni对2,4,6-TCP的降解研究

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氯酚(CPs)化合物是高毒和难处理的污染物,对人体安全和环境安全有极大的危害,2,4,6-三氯酚(2,4,6-TCP)是氯酚中毒性较强且不易去除的物质。本文以2,4,6-TCP为研究对象,利用改性的凝胶和微球为载体负载零价纳米铁/镍双金属,对其进行去除研究。具体研究内容如下:以PNIPAM凝胶为第一聚合物通过添加第二单体或第二聚合物制备了4种改性的PNIPAM/PHEMA、PNIPAM/PAEMA、PNIPAM/PAA、PNIPAM/AMPS凝胶载体;通过乳液聚合法制备了PS微球和PS-CH2Cl并在其基础上改性制备了PS-HSO3、PS-CH2-N+(C2H5)3Cl-、PS-CH2-imidazole微球载体。采用化学还原法将零价纳米铁镍双金属负载到载体上,成功制备了多种负载型纳米铁镍复合材料。采用SEM、和FTIR等方法对所合成的载体进行表征测试:SEM测试结果表明,改性凝胶载体具有贯穿的孔洞结构,孔洞大小在5-60μm。改性微球载体表面光滑,微球粒径在300 nm-400 nm;FTIR测试结果表明,各凝胶载体和微球载体均具有各基团的特征峰,改性载体制备成功。采用SEM、SEM-EDS、SEM-Mapping和XRD对负载后的复合材料进行表征测试:在SEM图上可以明显看到金属颗粒,除(PS-SO3H)-nZVFe/Ni材料外,双金属颗粒均无团聚现象;SEM-Mapping面扫描分析表明Fe和Ni元素均匀的分布在凝胶孔洞和微球表面上;通过EDS能谱分析可以看出负载后材料的主要元素组成为C、O、Fe、Ni,且不同载体对铁镍双金属负载情况不同。通过XRD分析出材料的物相组成,分别在2θ=43.59°和50.67°检测到零价铁和镍的峰,表明铁镍双金属成功负载在载体上。采用控制变量法,用PNIPAM/PHEMA-nZVFe/Ni材料去除2,4,6-TCP,得到最佳实验条件为:Ni/Fe摩尔比值为12.5%,溶液初始PH范围为5-6.8,凝胶载体用量为0.3 g,反应温度25℃。对2,4,6-TCP的还原过程进行了分析:2,4,6-TCP的降解还原过程中产生了2,4-DCP、2-CP、4-CP中间产物,最终完全降解成P;对最佳条件下2,4,6-TCP的降解过程进行了动力学分析,拟合结果表明:该降解过程符合一级反应动力学模型。PNIPAM/PHEMA载体重复利用性能和PNIPAM/PHEMA-nZVFe/Ni材料储存性能较好。对改性凝胶载体对2,4,6-TCP的去除影响进行了研究。2#PNIPAM/PAA-nZVI Fe/Ni、1#PNIPAM/AMPS-nZVIFe/Ni可将2,4,6-TCP完全去除,PNIPAM/PAEMA-nZVIFe/Ni对2,4,6-TCP的去除率仅为73.53%。通过与PNIPAM-nZVI-Fe/Ni材料对比表明,-SO3H和-COOH加速了2,4,6-TCP的脱氯,而-NH2阻碍了脱氯反应进行;动力学分析拟合结果表明三种改性材料降解2,4,6-TCP的过程均符合一级反应动力学模型;2#PNIPAM/PAA和1#PNIPAM/PAMPS凝胶载体的重复利用性能及其所制备的复合材料的储存性能较好。改性PS微球负载纳米零价Fe/Ni去除2,4,6-TCP的研究表明,PS-CH2Cl-nZVFe/Ni、PS-CH2-N+(C2H5)3Cl--nZVFe/Ni、PS-CH2-imidazole-nZVFe/Ni可将2,4,6-TCP去除至98%-100%,通过对反应过程中产物的分析以及微球对2,4,6-TCP的吸附分析,发现(PS-CH2Cl)-nZVFe/Ni去除2,4,6-TCP的过程为吸附和还原协同进行,还原过程符合一级反应动力学模型,(PS-CH2-N+(C2H5)3Cl-)-nZVFe/Ni和(PS-CH2-imidazole)-nZVFe/Ni对2,4,6-TCP的去除过程为吸附。PS-CH2Cl、PS-CH2-N+(C2H5)3Cl-、PS-CH2-imidazole微球载体的重复利用性能良好。
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