纳米级C o/F e双金属催化剂对废水脱氯的研究

刘 光 明

（青岛科技大学化工学院， 山东 青岛 266042）

纳米级C o/F e双金属催化剂对废水脱氯的研究

刘 光 明

（青岛科技大学化工学院， 山东 青岛 266042）

采用化学还原法制备了纳米级Co/Fe双金属催化剂，对其催化水溶液中四氯化碳还原脱氯性能进行了考察，并与废铁屑催化性能进行了对比。同时，考察了反应条件对脱氯性能的影响。结果表明，采用化学还原法制备的纳米级Co/Fe双金属催化剂具有较高的比表面积和表面反应活性，对四氯化碳的脱氯效果优于废铁屑。搅拌转速、反应温度和脱氯时间对脱氯效率有促进作用。

四氯化碳；纳米铁粉；Co/Fe双金属；还原脱氯；废水处理

近几年，随着有机氯化物应用领域的不断拓展，其副产物对环境引起的恶化现象得到广泛重视[1,2]。

目前处理有机氯化物分为物理法、化学法和生物法。物理法主要有活性碳吸附法、气提法和萃取法。目前物理法的主要缺点是处理成本高，且存在二次污染。化学氧化法最具代表性的方法为零价金属还原法和双金属催化还原法等[3-6]。化学法目前存在的主要问题是降解不彻底和处理成本较高，对有机氯化物的处理受到了限制[7,8]。生物法是指从被有机氯化物污染的土壤和水体沉积物中分离驯化一些能够降解这些物质的微生物。生物法最大的优点是可实现无害化，无二次污染，处理成本低[9,10]。利用金属铁还原降解有机氯化物是一项很有发展前途的技术[11]，然而其相关研究报道较少[12,13]。由此可见，本文所进行的金属及双金属还原脱氯研究具有重要的理论和实际意义。

1 金属及双金属还原脱氯机理[14-16]

1.1 零价铁还原脱氯机理

在水溶液中阳极涉及Fe0的半电池反应为：

总的机理为：

1.2 双金属催化还原脱氯机理

双金属表面上进行催化脱氯的基本历程包括：

Fe和水反应生成 H2；H2和多氯有机物在金属表面上吸附，形成过渡络合物；H2攻击M…Cl…R，氯元素脱落，形成 CI-；Cl-和脱氯产生的有机物脱附离开催化剂表面进入溶液；Fe2+被水中的溶解氧氧化，生成Fe(OH)3沉淀。

2 实验部分

2.1 实验仪器和试剂

实验中所使用的主要设备和主要试剂见作者以前发表的文章[17]。

2.2 脱氯实验

实验流程见作者以前的研究成果[17]。

2.3 分析方法

本实验采用莫尔法。

[Cl-]脱除量由AgNO3滴定计算得出，[Cl-]理论量由反应时加入的CHCl3计算得出。

3 结果与讨论

3.1 四氯化碳初始浓度对脱氯率的影响

本文分别采用铁屑和Co/Fe双金属催化剂，系统研究了四氯化碳初始浓度对脱氯率的影响，研究结果见图1所示。由图1可以看出，随着四氯化碳初始浓度增加，两种不同催化剂体系的脱氯率均增大，在相同的实验条件下，Co/Fe催化剂的脱氯率有较好的效果。

图1 四氯化碳初始浓度和脱氯率的关系Fig.1 The relationship of initial concentration of CCl4 and the dechlorination efficiency

3.2 搅拌器转速对脱氯率的影响

分别采用铁屑和Co/Fe双金属为催化剂，系统研究了搅拌器转速分别为80, 100, 120，140 r/min时对脱氯率的影响，研究结果见图2所示。由图2可见，随着搅拌器转速增加，Co/Fe催化剂体系的脱氯率增加明显，在相同的实验条件下，Co/Fe催化剂的脱氯率较高。

图2 搅拌器转速和脱氯率的关系Fig.2 The relationship of agitation speed and the dechlorination efficiency

3.3 反应温度对脱氯率的影响

分别采用铁屑和Co/Fe双金属为催化剂，系统研究了反应温度分别为50，60，70，80 ℃时对脱氯率的影响，研究结果见图3所示。由图3可见，随着反应温度增加，2种不同催化剂体系的脱氯率均明显增加，在相同的实验条件下，Co/Fe催化剂的脱氯率高于铁屑催化剂的脱氯率。还可以看出，反应温度越高，四氯化碳的脱氯速率较快。

图3 反应温度和脱氯率的关系Fig.3 The relationship of reaction temperature and the dechlorination efficiency

3.4 反应时间对脱氯率的影响

图4为反应时间分别为6，7，8，9 h时对脱氯率的影响图。由图4可见，反应时间对两种不同催化剂体系的脱氯率均有影响，在相同的实验条件下，Co/Fe催化剂的脱氯率高于铁屑催化剂的脱氯率。随着反应时间的增加，虽然还原难度增大，还原脱氯速率减小，但总的脱氯量是增加的。

图4 反应时间和脱氯率的关系Fig.4 The relationship of reaction time and the dechlorination efficiency

4 结 论

（1） 搅拌速度是影响纳米Co/Fe催化剂脱氯率的主要因素。

（2）在催化脱氯过程中，纳米Co/Fe催化剂催化性能降低。

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Study on Catalytic Dechlorination of Waste Containing Tetrachloride Carbon With Nanoscale Co/Fe Bimetallic Catalyst

LIU Guang-ming
（College of Chemical Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Shandong Qingdao 266042, China）

Nanoscale Co/Fe bimetallic catalyst was prepared by chemical reduction method. The catalytic performance of dechlorination was investigated and compared with iron scrapes. Effects of reaction conditions on dechlorination performance were also researched. The results show that the Co/Fe catalyst prepared by chemical reduction method has high specific surface area and activity, is superior to iron scrapes. The agitation speed, reaction temperature and dechlorination time have remarkably effect on the dechlorination efficiency.

Tetrachloride carbon; Nanoscale iron particles; Co/Fe bimetal; Reductive dechlorination; Waste water treatment

TQ 426

A

1671-0460（2012）01-0021-03

2011-11-09

刘光明（1976-），男，山东淄博人，工程师，2000年毕业于大连理工大学化工系，研究方向：现从事化工工艺安全工作。

E-mail：jjhe2011@163.com，电话：0532-84022879。