Ni/Fe双金属纳米颗粒制备工艺及其对PCB77降解研究

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本研究利用液相化学还原法制备Ni/Fe双金属体纳米颗粒,在制备过程中添加PVPK30和SDS复合物作为反应体系的稳定剂,避免Ni/Fe双金属纳米颗粒发生团聚。为确定最佳的制备工艺,以3,3’,4,4’-多氯联苯(PCB77)降解率作为考察指标,设计3因素3水平正交试验。当SDS浓度0.028mol/L,Na BH4溶液滴定结束后与Fe2+和Ni2+的反应时间为30min,Ni的负载量m(Ni)/m(Fe)=5%时,Ni/Fe双金属纳米颗粒对PCB77的降解率最高。将0.3g最佳工艺条件下制备的Ni/Fe双金属纳米颗粒添加于40m LPCB77浓度为5mg/L的原液中,进行多氯联苯降解,降解率可达到93.43%,且降解过程符合一级反应动力学。同时对最佳工艺条件下制备的Ni/Fe双金属纳米颗粒进行各项表征。通过TEM表征可以看出:双金属颗粒分散度良好,且均为规则的球形,同时双金属纳米颗粒外层包裹有一层可能是由稳定剂PVPK30和SDS形成的保护膜,粒径分布在10-20nm之间。XRD表征说明复合稳定剂PVPK30和SDS很好地抑制了铁的氧化发生。比表面积测定的结果是Ni/Fe双金属纳米颗粒的比表面积达到了34.703m2?g-1。EDS表征说明:Fe和Ni是双金属的主要成分,且Ni的含量大约是Fe含量的5%。在实际应用中,水环境p H值以及水环境中一些常见离子浓度的改变会对Ni/Fe双金属纳米颗粒的降解性能产生一定的影响,设置不同的水环境条件,考察PCB77的降解率变化。随着p H值的增大,PCB77的降解率降低,酸性环境促进脱氯降解,碱性环境抑制脱氯降解。Cl-离子对催化脱氯还原反应都可起到促进作用,但这种作用是有限的,Cl-离子过高时,反而起到相反的效果,出现降解率下降的趋势变化。SO42-离子对降解存在一定微弱的抑制作用。随着Ca2+和Mg2+离子浓度的增加,PCB77降解率变化幅度较小。为进一步拓展Ni/Fe双金属纳米颗粒的工程应用,设计循环式填充反应器,避免双金属直接投加出现的二次污染问题。在循环式反应器运行过程中,填料石英砂对PCB77的吸附为物理吸附,对双金属的还原脱氯影响不大。将石英砂和Ni/Fe双金属纳米颗粒的混合物作为反应器的填料时,PCB77的降解率达到了80.72%,且降解过程符合一级反应动力学。
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