利用扫描电镜技术研究纳米Ni-Fe颗粒对四氯化碳快速脱氯的机理.pdf

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1、2015年5月岩矿测试Vo1．34．No．3Mav2015R0CKANDMINERALANALYSIS346～352文章编号：0254—5357(2015)03—0346—07DOI：10．15898／j．cnki．11—2131／td．2015．03．015利用扫描电镜技术研究纳米Ni—Fe颗粒对四氯化碳快速脱氯的机理黄园英，王倩，韩子金，刘菲(1．国家地质实验测试中心，北京100037；2．中国地质大学(北京)水资源与环境学院，北京100083)摘要：纳米铁具有高的比表面积和高反应活性，能快速将氯代烯烃还原成无毒氯离子

2、、乙烯和乙烷，但对于氯代烷烃的脱氯仍能产生大量的氯代中间或最终产物，可以通过合成制得纳米双金属提高脱氯速率和减少氯代中间产物。本文利用扫描电镜测得实验室制备的纳米Ni—Fe(2％，质量分数)颗粒直径为2O～60nm，通过批实验方式对纳米Ni—Fe降解四氯化碳的反应动力学性质、产物、持久性能和反应机理进行了探讨。结果表明，纳米Ni—Fe体系主要最终产物为42％CH和17％CHC1。与铸铁屑和纳米铁相比，纳米Ni—Fe由于催化脱氯加氢，显著提高了氯代烃脱氯速率，同时降低了有毒氯代产物的产量，且Ni作为催化剂不会进入水体引起二次

3、污染。纳米Ni—Fe颗粒在空气中具有很好的稳定性，虽然降解四氯化碳的最终产物cH与纳米Pd—Fe相比少13％，但由于价格便宜，有望在工程上应用于氯代有机化合物水土污染治理。关键词：扫描电镜；纳米Ni—Fe颗粒；四氯化碳；脱氯机理中图分类号：P575．2；TB383文献标识码：A氯代有机化合物，包括四氯化碳(CC1)和三氯甲需要很长的停留时间，工程造价成本增加。为了克服烷(CHC1)具有“三致效应”或“可疑三致效应”，由于这些问题，已有学者提出了使用双金属体系。如生产工艺和处理排放等各方面的原因，使得氯代烃通Cheng等发现

4、微米级—Fe或Pd—Fe能大幅度过挥发、泄漏等途径进入水体、空气、土壤等周边环境提高三氯乙烯(TCE)脱氯速率。Wang等认为在四中。目前常用于处理氯代有机化合物污染水体的方氯化碳还原过程中，Ni的催化作用使得三氯甲烷脱法是通过活性炭吸附和气提。但这些过程只是将污氯产物中含有更多的甲烷(CH)。除了一些含铁双染物分离或浓缩，或者只是将污染物从一相转移到另金属之外，还有其他双金属能够降解持久性有机氯代一相，并没有使污染物得到破坏而实现无害化。自化合物。对于双金属体系，以钯为催化剂时脱氯效果20世纪90年代以来，大量研究结果表

5、明，许多污染物最好-13]，但钯是贵重金属，与镍相比其工程应用成能与铁(或铁氧化物)发生还原反应J。零价铁对本较高。另外通过增加比表面积也能提高脱氯速率。氯代烃(RC1)还原脱氯过程中，铁失去电子，发生腐纳米铁颗粒因具有高的比表面积和高的反应活性而蚀作用，作为还原剂，而氯代脂肪烃通过从零价铁表备受关注。例如纳米铁对氯代烃降解时标准化后的面直接获得电子被还原脱氯，方程式见(1)。脱氯速率比微米级铁颗粒高1～2个数量级¨引。Fe+RC1+HFe+RH+C1一(1)Schfck等报道了实验室合成的纳米Ni—Fe对三虽然零价铁能够

6、去除氯代有机化合物污染水体，氯乙烯的脱氯速率比商业级的铁粉高280倍。研究但是仍然存在很多挑战：①反应过程中产生比母体更表明纳米Ni—Fe比纳米铁对三氯乙烯或四氯乙烯脱毒的氯代中间产物；②由于在铁表面形成氧化层，氯能力更强，且最终产物为乙烷。但是目前关所以导致随着反应时间增加，反应速率逐渐降低；于纳米Ni—Fe对氯代烷烃的脱氯研究还很少，尤其③还原脱氯速率比较低，这样目标污染物完全还原就在脱氯产物和脱氯机理方面还存在争议．2。-26]。收稿日期：2014—03—28；修回日期：2015—05—05；接受日期：2015—05

7、—25基金项目：国土资源部公益性行业专项(201411089)作者简介：黄园英，博士，副研究员，研究方向为水资源污染控制与治理技术研究。E-mail：yuanyinghuang304@163．com。通讯作者：刘菲，博士，教授，研究方向为有机物污染监测与地下水污染治理研究。E—mail：feiliu@cugb．edu．cn。-——346-——第3期黄园英，等：利用扫描电镜技术研究纳米Ni—Fe颗粒对四氯化碳快速脱氯的机理第34卷本研究以纳米Ni—Fe作为反应介质，通过批试个反应瓶中，用注射器取50溶解在甲醇中的四验，考察实

8、验室合成的纳米Ni—Fe(2％)对四氯化氯化碳储备液于50mL去离子水中，瓶中装有0．4g碳降解动力学过程和产物情况；同时与纳米铁和铸纳米颗粒或10g铸铁屑(75—100目)，反应液起始铁屑(75～100目)相比较，评价不同材料对四氯化浓度为20m#L。细口瓶用聚四氟乙烯盖子压盖碳脱氯产物的差异。通过脱