修饰型铁钯纳米颗粒设计及其催化降解对氯苯酚的研究

发布时间：2020-03-31 20:27

【摘要】：纳米零价铁(Nanoscale zero valent iron,nZVI),在有机氯化物的污水和土壤环境修复领域具有很好的应用前景,被相关研究人员广泛关注,但是纳米零价铁自身易于快速聚集和氧化失活的特性限制了其实际应用。本文采用聚谷氨酸以及聚谷氨酸-多巴胺复合物为修饰剂合成了稳定化的铁钯双金属纳米颗粒,实验中选用对氯苯酚为模型污染物评估铁钯双金属纳米颗粒的脱氯反应能力,考察了不同修饰剂和Pd负载量对双金属纳米颗粒脱氯效果的影响规律,并探究和优化了影响脱氯降解反应的其他因素。本论文主要研究内容如下:以聚谷氨酸为修饰剂,合成了具有高效脱氯性能的铁钯纳米材料。结果表明:聚谷氨酸修饰的铁钯双金属纳米颗粒在弱碱性反应条件下表现出对对氯苯酚高效的降解能力,在修饰50 mg聚谷氨酸以及负载0.8 wt%Pd的条件下,降解速率常数为0.331 min~(-1),是同等条件下未稳定修饰的铁钯双金属速率常数的10倍,表明了聚谷氨酸对铁纳米颗粒的改性和稳定作用。另外,研究了真实地下水中几种常见组分对铁钯纳米颗粒脱氯效果的影响,结果表明:在Cl~-,H_2PO_4~-和腐植酸三种成分存在的情况下,稳定化的铁钯纳米颗粒仍能保持对对氯苯酚的高效降解。合成聚谷氨酸-多巴胺的复合物,并以其作为铁钯双金属的修饰剂及铁离子络合剂来构建连续高效的脱氯体系。聚谷氨酸-多巴胺复合物稳定化的铁钯双金属表现出优于聚谷氨酸单独稳定化的纳米颗粒的脱氯降解效果,在修饰10 mg聚谷氨酸-多巴胺以及负载0.4 wt%Pd的条件下,可在60 min内实现对对氯苯酚的完全脱除。另外值得注意的是,多巴胺单独作为修饰剂稳定合成的铁钯纳米颗粒却无法对对氯苯酚进行有效的脱氯降解。
【图文】：

图 1-1 气体冷凝法示意图Figure 1-1 Schematic representation of gas condensation processing球磨法：球磨法是材料领域一种常用的机械加工方式，，原理是的高速振动，依靠金属研磨介质对金属铁粉进行剧烈的破碎、研粉碎成均匀分布的超细粒子[2]。2009 年，Li 等[3]以微米铁颗粒为球磨法，制备出粒径 50nm，分布均匀且极高比表面积的纳米铁制备方法无毒无害，工艺简单，不易产生二次污染且制备效业化，但制备过程所需的能耗较大，颗粒大小分布不均且容易纳米铁产品的纯度。学法法制备得到的纳米铁颗粒拥有更高的反应活性和均匀的颗粒分生产。纳米铁的化学制备方法主要包括液相还原法、碳热还原学气体冷凝法等等。

O + Fe3O4→ 3Fe + 4CO2↑ + 2Fe(C6H5O7) 3H2O → 2Fe + 2C3H6O + 6CO2+ CO + 5H2O + Fe(C2H3O2)2→ Fe + 2CH2CO + CO + H2O 3）热分解法：热分解法的原料是含有铁的有机金属化合物，常常Fe(CO)5）。具体过程为：将 Fe(CO)5与三辛基氧化膦（TOPO）混 320℃的氩气氛围内进行反应（方程式 1-7），从而得到尺寸极小（匀的球形纳米铁颗粒。但热分解法也拥有一定的应用劣势：1）Fe且化学性质不稳定；2）制备过程能耗较高；3）制备过程会产生大副产物。(CO)5 Fe0↓ + 5CO↑ en 等[7]在纳米铁的 Fe(CO)5热分解制备体系中引入离子液体和微子液体可以控制铁纳米颗粒的均匀形成和稳定化，而微波照射有助应（式 1-7）的进行并对纳米铁颗粒的尺寸和分布精确控制，得到的使用寿命得到了显著的延长。4）化学气体冷凝法：
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1

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本文编号：2609537