納米級C o/F e雙金屬催化劑對廢水脫氯的研究

劉 光 明

（青島科技大學(xué)化工學(xué)院， 山東 青島 266042）

納米級C o/F e雙金屬催化劑對廢水脫氯的研究

劉 光 明

（青島科技大學(xué)化工學(xué)院， 山東 青島 266042）

采用化學(xué)還原法制備了納米級Co/Fe雙金屬催化劑，對其催化水溶液中四氯化碳還原脫氯性能進(jìn)行了考察，并與廢鐵屑催化性能進(jìn)行了對比。同時，考察了反應(yīng)條件對脫氯性能的影響。結(jié)果表明，采用化學(xué)還原法制備的納米級Co/Fe雙金屬催化劑具有較高的比表面積和表面反應(yīng)活性，對四氯化碳的脫氯效果優(yōu)于廢鐵屑。攪拌轉(zhuǎn)速、反應(yīng)溫度和脫氯時間對脫氯效率有促進(jìn)作用。

四氯化碳；納米鐵粉；Co/Fe雙金屬；還原脫氯；廢水處理

近幾年，隨著有機氯化物應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，其副產(chǎn)物對環(huán)境引起的惡化現(xiàn)象得到廣泛重視[1,2]。

目前處理有機氯化物分為物理法、化學(xué)法和生物法。物理法主要有活性碳吸附法、氣提法和萃取法。目前物理法的主要缺點是處理成本高，且存在二次污染?；瘜W(xué)氧化法最具代表性的方法為零價金屬還原法和雙金屬催化還原法等[3-6]?；瘜W(xué)法目前存在的主要問題是降解不徹底和處理成本較高，對有機氯化物的處理受到了限制[7,8]。生物法是指從被有機氯化物污染的土壤和水體沉積物中分離馴化一些能夠降解這些物質(zhì)的微生物。生物法最大的優(yōu)點是可實現(xiàn)無害化，無二次污染，處理成本低[9,10]。利用金屬鐵還原降解有機氯化物是一項很有發(fā)展前途的技術(shù)[11]，然而其相關(guān)研究報道較少[12,13]。由此可見，本文所進(jìn)行的金屬及雙金屬還原脫氯研究具有重要的理論和實際意義。

1 金屬及雙金屬還原脫氯機理[14-16]

1.1 零價鐵還原脫氯機理

在水溶液中陽極涉及Fe0的半電池反應(yīng)為：

總的機理為：

1.2 雙金屬催化還原脫氯機理

雙金屬表面上進(jìn)行催化脫氯的基本歷程包括：

Fe和水反應(yīng)生成 H2；H2和多氯有機物在金屬表面上吸附，形成過渡絡(luò)合物；H2攻擊M…Cl…R，氯元素脫落，形成 CI-；Cl-和脫氯產(chǎn)生的有機物脫附離開催化劑表面進(jìn)入溶液；Fe2+被水中的溶解氧氧化，生成Fe(OH)3沉淀。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器和試劑

實驗中所使用的主要設(shè)備和主要試劑見作者以前發(fā)表的文章[17]。

2.2 脫氯實驗

實驗流程見作者以前的研究成果[17]。

2.3 分析方法

本實驗采用莫爾法。

[Cl-]脫除量由AgNO3滴定計算得出，[Cl-]理論量由反應(yīng)時加入的CHCl3計算得出。

3 結(jié)果與討論

3.1 四氯化碳初始濃度對脫氯率的影響

本文分別采用鐵屑和Co/Fe雙金屬催化劑，系統(tǒng)研究了四氯化碳初始濃度對脫氯率的影響，研究結(jié)果見圖1所示。由圖1可以看出，隨著四氯化碳初始濃度增加，兩種不同催化劑體系的脫氯率均增大，在相同的實驗條件下，Co/Fe催化劑的脫氯率有較好的效果。

圖1 四氯化碳初始濃度和脫氯率的關(guān)系Fig.1 The relationship of initial concentration of CCl4 and the dechlorination efficiency

3.2 攪拌器轉(zhuǎn)速對脫氯率的影響

分別采用鐵屑和Co/Fe雙金屬為催化劑，系統(tǒng)研究了攪拌器轉(zhuǎn)速分別為80, 100, 120，140 r/min時對脫氯率的影響，研究結(jié)果見圖2所示。由圖2可見，隨著攪拌器轉(zhuǎn)速增加，Co/Fe催化劑體系的脫氯率增加明顯，在相同的實驗條件下，Co/Fe催化劑的脫氯率較高。

圖2 攪拌器轉(zhuǎn)速和脫氯率的關(guān)系Fig.2 The relationship of agitation speed and the dechlorination efficiency

3.3 反應(yīng)溫度對脫氯率的影響

分別采用鐵屑和Co/Fe雙金屬為催化劑，系統(tǒng)研究了反應(yīng)溫度分別為50，60，70，80 ℃時對脫氯率的影響，研究結(jié)果見圖3所示。由圖3可見，隨著反應(yīng)溫度增加，2種不同催化劑體系的脫氯率均明顯增加，在相同的實驗條件下，Co/Fe催化劑的脫氯率高于鐵屑催化劑的脫氯率。還可以看出，反應(yīng)溫度越高，四氯化碳的脫氯速率較快。

圖3 反應(yīng)溫度和脫氯率的關(guān)系Fig.3 The relationship of reaction temperature and the dechlorination efficiency

3.4 反應(yīng)時間對脫氯率的影響

圖4為反應(yīng)時間分別為6，7，8，9 h時對脫氯率的影響圖。由圖4可見，反應(yīng)時間對兩種不同催化劑體系的脫氯率均有影響，在相同的實驗條件下，Co/Fe催化劑的脫氯率高于鐵屑催化劑的脫氯率。隨著反應(yīng)時間的增加，雖然還原難度增大，還原脫氯速率減小，但總的脫氯量是增加的。

圖4 反應(yīng)時間和脫氯率的關(guān)系Fig.4 The relationship of reaction time and the dechlorination efficiency

4 結(jié) 論

（1） 攪拌速度是影響納米Co/Fe催化劑脫氯率的主要因素。

（2）在催化脫氯過程中，納米Co/Fe催化劑催化性能降低。

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Study on Catalytic Dechlorination of Waste Containing Tetrachloride Carbon With Nanoscale Co/Fe Bimetallic Catalyst

LIU Guang-ming
（College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266042, China）

Nanoscale Co/Fe bimetallic catalyst was prepared by chemical reduction method. The catalytic performance of dechlorination was investigated and compared with iron scrapes. Effects of reaction conditions on dechlorination performance were also researched. The results show that the Co/Fe catalyst prepared by chemical reduction method has high specific surface area and activity, is superior to iron scrapes. The agitation speed, reaction temperature and dechlorination time have remarkably effect on the dechlorination efficiency.

Tetrachloride carbon; Nanoscale iron particles; Co/Fe bimetal; Reductive dechlorination; Waste water treatment

TQ 426

A

1671-0460（2012）01-0021-03

2011-11-09

劉光明（1976-），男，山東淄博人，工程師，2000年畢業(yè)于大連理工大學(xué)化工系，研究方向：現(xiàn)從事化工工藝安全工作。

E-mail：jjhe2011@163.com，電話：0532-84022879。