固定化钯铁双金属催化剂和钯修饰泡沫镍电极的脱氯行为研究

论文摘要

利用粉末状钯铁（Pd/Fe）双金属催化剂还原脱氯含氯有机化合物近年来日益受到关注。但由于其自身存在两大局限性：一是容易团聚降低反应活性；二是难回收造成二次污染。为克服粉末状Pd/Fe双金属催化剂脱氯的缺陷,本课题采用两步法制备了固定化于泡沫Ni基体表面的Pd/Fe双金属催化剂,并考察了其在连续搅拌釜反应器（CSTR）中对2,4-二氯苯氧乙酸（2,4-D）的脱氯性能。在反应器进口浓度20mg L-1、钯化率0.1%、停留时间782.6 min、初始pH值4.2、反应温度288 K时,2,4-D的转化率达到92%,且能在此平衡状态保持3小时以上。基于实验结果分析,可以推断固定化的Pd/Fe双金属催化剂减缓了Fe的腐蚀速度,避免了粉末状Pd/Fe双金属催化剂的团聚作用,从而可以持续、高效的催化还原脱氯2,4-D。从实际性的角度出发,连续流反应器是更可取的。因为,连续流模式更适合于工业应用。而多氯联苯（PCBs）电化学脱氯的动力学模型,对连续流反应器的设计和优化具有重要的意义。本课题首先把序批式反应器中2-氯联苯（2-ClBP）在Pd修饰泡沫Ni电极（Pd/Ni）上电催化加氢脱氯为联苯（BP）的反应作为模型,研究温度、 2-ClBP初始浓度、电流密度、Pd载量等操作条件对表观反应速率的影响。结果发现,脱氯过程遵循拟一级反应动力学并且一个含阿伦尼乌斯项的幂指数方程可以用来描述拟一级反应速率常数与反应条件之间的关系。其后,基于序批式中的反应动力学,构建一个用来预测CSTR中2-ClBP在Pd/Ni电极上还原脱氯行为的数学模型。模型的准确性可以通过改变反应的操作条件来验证。结果表明,计算值和实验数据能够很好的吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 本课题研究内容
• 第二章 文献综述
• 2.1 选题的背景及意义
• 2.1.1 2,4-二氯苯氧乙酸
• 2.1.2 多氯联苯
• 2.2 氯代有机物的主要处理方法
• 2.2.1 物理法
• 2.2.2 生物法
• 2.2.3 化学法
• 2.2.4 小结
• 2.3 氯代有机物的加氢脱氯法
• 2.3.1 加氢脱氯法
• 2.3.2 催化加氢脱氯法
• 2.4 氯代有机物的电化学处理法
• 2.4.1 电化学氧化法
• 2.4.2 电化学还原法
• 2.4.4 卤代有机物电化学处理法存在的主要问题
• 第三章 固定化的Pd/Fe双金属催化剂对2,4-二氯苯氧乙酸的脱氯行为
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂、材料及设备
• 3.2.1 试剂材料与镀液组成
• 3.2.2 实验设备
• 3.3 实验内容及方法
• 3.3.1 催化剂的制备
• 3.3.2 连续搅拌釜反应器实验
• 3.3.3 分析方法
• 3.4 实验结果及讨论
• 3.4.1 停留时间的分布研究
• 3.4.2 催化剂钯化率对脱氯效率的影响
• 3.4.3 停留时间对脱氯效率的影响
• 3.4.4 初始pH值对脱氯效率的影响
• 3.4.5 反应温度对脱氯效率的影响
• 3.4.6 脱氯反应动力学
• 3.4.7 脱氯反应机理
• 3.5 本章小结
• 第四章 2-氯联苯在连续流反应器中钯胞沫镍电极上的电化学还原脱氯动力学
• 4.1 引言
• 4.2 实验试剂、材料及设备
• 4.2.1 试剂和材料
• 4.2.2 实验设备
• 4.3 实验内容及方法
• 4.3.1 电极的制备与表征
• 4.3.2 实验装置和步骤
• 4.3.3 分析方法
• 4.4 电极表征结果
• 4.4.1 SEM的表征结果
• 4.5 实验结果及讨论
• 4.5.1 体系发生的主要氧化还原反应
• 4.5.2 序批式反应器-动力学研究
• 4.5.3 操作条件的影响
• 4.5.4 碳平衡
• 4.5.5 序批式反应器中的脱氯速率方程
• 4.5.6 连续搅拌釜反应器（CSTR）实验
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文