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钯/泡沫镍催化剂对水体中氯酚类化合物催化脱氯研究

作　者: 王姝
导　师: 余刚
学　校: 清华大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: Pd 泡沫镍水相氯酚氢解还原脱氯
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

氢解还原脱氯是去除氯代有机污染物的有效方法,在氯酚类化合物的降解去除中具有较广泛的应用。本文采用置换沉积法制备了高反应性钯/泡沫镍(Pd/Ni)双金属催化剂,采用甲酸和氢气作为氢供体,研究了Pd/Ni催化剂作用下氯酚的脱氯行为,考察了脱氯反应的影响因素,优化了脱氯反应条件,探讨了脱氯产物和脱氯路径,得到如下结果:4-氯酚(4-CP)脱氯过程为氢解还原过程,反应产物为苯酚和HCl。甲酸作为氢供体时脱氯机理为自由基反应机理,甲酸在Pd作用下发生分解产生氢将4-CP还原,脱氯反应的优化条件为,Pd负载量1.0%、甲酸/4-CP值51.4、搅拌速度400rpm、pH3.1、温度250C,在该条件下脱氯反应1h,4-CP转化率可达95.1%;氢气作为氢供体时脱氯机理为氢气发生解离,将4-CP还原,Pd颗粒、Ni载体以及Pd-Ni界面都是可能的催化剂活性位点,脱氯反应的优化条件为,Pd负载量0.1%、氢气流速10mL/min、pH6.8、搅拌速度400rpm,在该反应条件下脱氯反应1h,4-CP转化率可达92.6%。氢气作为氢供体时,对Pd投加量要求低,4-CP相对脱氯反应速率常数要高于甲酸作为氢供体时,氢气是更高效的脱氯氢供体。对三种单氯酚的脱氯研究表明,其脱氯顺序为2-CP>3-CP>4-CP,其脱氯顺序与最低空轨道能量及Gibbs自由能变有关。2,4-二氯酚在Pd/Ni和氢气体系中也能快速去除,主要反应产物为苯酚,中间产物2-CP与4-CP浓度先增大后减小,且始终维持在较低水平。Pd/Ni催化剂具有较高的稳定性,重复多次使用后其催化活性基本保持不变,且对溶液中氯离子具有较高的耐受能力,不易发生催化剂中毒而失活,本研究为Pd/Ni催化剂进行氯酚脱氯的实际应用提供了理论基础。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-10
第1章前言  10-23
  1.1 氯酚类化合物的性质及应用  10-11
  1.2 氯酚类化合物在水体中的污染状况  11-12
  1.3 氯酚类化合物处理技术研究进展  12-21
    1.3.1 物理法  12-13
    1.3.2 生物法  13-15
    1.3.3 化学氧化法  15-16
    1.3.4 化学还原法  16-21
  1.4 本论文研究目的、研究内容和研究思路  21-23
    1.4.1 研究目的  21-22
    1.4.2 研究内容  22
    1.4.3 研究思路  22-23
第2章甲酸作为氢供体时Pd/Ni 对水中4-氯酚的去除  23-45
  2.1 材料和方法  23-25
    2.1.1 实验材料  23
    2.1.2 催化剂的制备  23-24
    2.1.3 脱氯实验过程  24
    2.1.4 分析方法  24-25
  2.2 4-CP、苯酚的标准曲线  25-26
  2.3 脱氯产物分析  26-28
  2.4 各影响因子对4-CP 脱氯的影响  28-42
    2.4.1 Pd 负载量的影响  28-31
    2.4.2 4-CP 初始浓度的影响  31-32
    2.4.3 HCOOH/4-CP 值的影响  32-35
    2.4.4 pH 的影响  35-37
    2.4.5 搅拌速度的影响  37-38
    2.4.6 温度的影响  38-41
    2.4.7 氯离子的影响  41-42
  2.5 反应路径  42-43
  2.6 本章小结  43-45
第3章氢气作为氢供体时Pd/Ni 对水中4-氯酚的去除  45-56
  3.1 材料和方法  45-46
    3.1.1 实验材料  45
    3.1.2 催化剂的制备  45
    3.1.3 脱氯实验过程  45
    3.1.4 分析方法  45-46
  3.2 脱氯产物分析  46-48
  3.3 各影响因子对4-CP 脱氯的影响  48-53
    3.3.1 Pd 负载量的影响  48-49
    3.3.2 氢气流量的影响  49-51
    3.3.3 反应液pH 值的影响  51-53
    3.3.4 优化条件下4-CP 脱氯作用  53
  3.4 Pd/Ni 的稳定性  53-54
  3.5 反应路径  54
  3.6 甲酸与氢气作为氢供体比较  54-55
  3.7 本章小结  55-56
第4章 Pd/Ni 对三种单氯酚脱氯研究  56-61
  4.1 材料和方法  56-57
    4.1.1 实验材料  56
    4.1.2 催化剂的制备  56
    4.1.3 脱氯实验过程  56
    4.1.4 分析方法  56-57
  4.2 2-CP、3-CP 的标准曲线  57-58
  4.3 三种单氯酚脱氯比较  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第5章 Pd/Ni 对2,4-DCP 脱氯研究  61-68
  5.1 材料和方法  61-62
    5.1.1 实验材料  61
    5.1.2 催化剂的制备  61
    5.1.3 脱氯实验过程  61
    5.1.4 分析方法  61-62
  5.2 2,4-DCP 的标准曲线  62
  5.3 2,4-DCP 脱氯反应  62-66
  5.4 本研究结果与已有报道的比较  66-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章结论和建议  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 建议  69-70
参考文献  70-75
附录A  75-76
致谢  76-77
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  77

钯/泡沫镍催化剂对水体中氯酚类化合物催化脱氯研究

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