降解水中氯代有机污染物的双金属催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种降解水中氯代有机污染物双金属催化剂及其制备方法和应用。该催化剂的组份为铁镍双金属和载体，铁镍双金属和载体的质量比为１００∶（１－１０），其中所述的铁镍双金属中铁镍的质量比为１００∶（１－５），所述的载体为改性沸石。铁镍双金属是以连二亚硫酸钠为还原剂在铁屑表面还原镍离子制得的。铁镍双金属对废水中的四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯具有良好的降解脱氯作用，１小时内对四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯的去除效果可达９５％以上，脱氯效率在９０％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到水中氯代有机污染物的快速催化还原脱氯，属于水处理及水污染防治领域，尤其涉及一种降解水中氯代有机污染物双金属催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
氯代有机化合物是重要的化工原料、中间体和有机溶剂，广泛应用于化工、医药、农药、制革等行业。这类化合物主要包括氯代脂肪烃、氯代芳香烃及其衍生物。在其使用过程中，氯代有机化合物通过挥发、容器泄漏、废水排放、农药施用及含氯有机物成品的燃烧等途径进入环境。此外，现在广泛采用的以氯气为饮用水消毒剂的方法，也会产生以氯代有机物为主的消毒副产物。这些污染物化学性质稳定且具有毒性，一旦进入自然水体将长期影响人类及生态环境，许多氯代有机化合物具有“三致效应”(致癌，致畸，致突变)或可疑“三致效应”，是各国优先控制的污染物。美国1977年公布的129种环境优先污染物中，有六十多种为卤代物及其衍生物，欧共体公布的“黑名单”上，排在首位的是氯代烃和可以在环境中形成氯代烃的化合物。因此对氯代有机化合物的处理一直是环保领域里研究的重要课题，对此类污染物的治理已迫在眉睫。由于氯代有机物毒性大，难以生物降解，因此采用传统的生物法处理氯代有机污染物受到限制。目前，对水中氯代有机物的处理主要有以下几种(1)物化法。低碳数氯代有机物具有高挥发性，低沸点和低溶解度等特点，可以采用物化法加以分离。气提法和颗粒活性炭吸附法已被用来去除废水中氯代有机物，尤其是饮用水中有机氯。在实际的含氯有机物废水处理中，气提法常与吸附法结合使用，以回收分离出含氯有机物。物化法工艺简单，处理效果较好，但是气提法和吸附法只是将氯代有机物从水相中分离出来，并没有从根本上消除氯代有机污染物，在处理过程中还可能造成新的污染，限制了其在工程中的应用。(2)微生物厌氧处理法。氯代有机物一般难以好氧降解，用厌氧法可以达到还原脱氯的目的，但是厌氧法不能使氯代有机污染物彻底矿化，有时降解产物比母体产物毒性更大，且存在处理周期长，占地面积大等缺点。(3)光催化氧化法。在紫外光照射下，采用固态的TiO2为催化剂，产生高活性的电子和空穴，空穴与氯代有机物分子结合并将其氧化成为二氧化碳和氯离子。该技术适用于处理低浓度的氯代有机物废水，具有反应迅速、氧化彻底等优点，但由于能耗较高，处理费用昂贵，处理量小等问题，限制了该技术方法的实际应用。(4)超临界水氧化法。利用水在超临界状态下的性质，使气体和氯代有机物完全溶于水中，形成均相氧化体系，消除了相际传质能力，提高了反应速率，氧化程度也随之提高，在400～600℃下几秒内就能将氯代有机物结构破坏，反应比较完全、彻底。但存在的不足是能耗大，同时降解产物Cl-具有强腐蚀性，使得超临界水氧化法对氯代有机物的处理受到了限制。(5)零价铁还原法。自1994年Gillham等人提出零价铁腐蚀产生的电子可使氯代有机物还原脱氯以来，零价铁脱氯技术以其成本低廉和处理效果好而倍受关注。但零价铁在脱氯过程中，存在降解速率缓慢、表面易生成钝化层等缺点，限制了零价铁技术的进一步发展。Mallat等人发现在零价铁表面镀上还原电位高的金属后形成的双金属体系可增强零价铁的活性。中国专利CN1183316A将钯镀到零价铁表面，以提高氯代有机物还原脱氯速率，但是，无论是采用铁粉镀钯还是铁粉掺钯，均存在着贵金属额外消耗及处理成本高等问题。Elliott等人发现采用具有高比表面积的纳米零价铁能提高还原脱氯速率，降解氯代有机物的效果大幅提高，但该方法存在着制备工艺复杂、成本偏高、储存稳定性与持续降解脱氯效能较差等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述技术工艺复杂、成本高、能耗大、处理量小等问题而提出了一种对水中氯代有机污染物快速降解脱氯的铁镍双金属催化剂，本专利技术的另一目的是提供上述双金属催化剂的制备方法及其应用。本专利技术的技术方案为利用还原性铁屑作内核，采用液相还原法制备一种对水中氯代有机污染物具有快速降解脱氯效果的活性高、稳定性好、处理成本低的铁镍双金属，用来去除水中的氯代有机污染物。本专利技术的具体技术方案为一种对水中氯代有机污染物进行降解脱氯的双金属催化剂，其特征在于其组份为铁镍双金属和载体，铁镍双金属和载体的质量比为100∶(1-10)，其中所述的铁镍双金属中铁镍的质量比为100∶(1-5)，所述的载体为改性沸石。本专利技术还提供了上述双金属催化剂的制备方法，其步骤包括A.液相还原法制备铁镍双金属先将镍盐溶于去离子水中，配置成镍盐溶液；将按化学反应计量过量1.4～1.6倍的连二亚硫酸钠溶于氢氧化钠溶液中，配成碱性还原液；然后将铁屑加入到镍盐溶液中快速搅拌，接着再缓慢加入碱性还原液，控制反应温度进行反应，制得含铁镍双金属的液体。过滤该液体，用去离子水将滤饼洗至中性，再进行脱水干燥处理，即可制成铁镍双金属，其中铁屑的加入量与镍的质量比为100∶(1-5)；B.改性沸石的制备将沸石浸泡洗涤，然后将沸石焙烧，再将焙烧后的沸石研磨成颗粒，将颗粒沸石置入阳离子表面活性剂溶液中，摇匀后放入恒温振荡器振荡，以便置换出沸石中的无机阳离子；取出后用去离子水浸泡洗涤，脱水干燥处理，即可制得改性沸石；C.铁镍双金属催化剂的制备将步骤A制备好的铁镍双金属与步骤B制备好的改性沸石以质量比100∶(1-10)的比例均匀混合，即为铁镍双金属催化剂。其中步骤A中镍盐溶液优选硫酸镍或氯化镍溶液，浓度为0.2～0.5mol/L；步骤A中反应温度为20～40℃，反应时间为1～2h；所加铁屑的粒度优选为1～3mm。其中步骤B中沸石焙烧温度为450～600℃，沸石焙烧时间为1.5～2.5h。沸石可选天然沸石，也可选市售的沸石，沸石的粒径优选0.4～0.8mm。步骤B中阳离子表面活性剂溶液优选为季胺盐型阳离子表面活性剂，质量浓度为10～20％。沸石在恒温振荡器中振荡，温度控制在15～30℃，振荡时间为1～2h。本专利技术还提供了上述双金属催化剂在处理含氯代有机污染物废水中的应用，将该催化剂均匀填充到反应器内，将废水采用上流的方式通过反应器，根据水中氯代有机污染物的种类和浓度，水在反应器内催化剂层的停留时间为30～60min；降解脱氯的程度通过定时取样分析其中Cl-浓度和氯代有机物浓度而知。具有较好的降解脱氯的反应条件是a.4～40℃的常见温度，一般最佳温度为15～25℃，即常温b.反应体系的压力为0.8～1.2个大气压 c.反应体系的pH值为3～9，最佳值为4-6。有益效果1.液相还原法制备铁镍双金属，以连二亚硫酸钠为还原剂，比硼氢化钠、联胺等还原剂价格便宜，且无效分解减少，还原活性适中，且安全环保。2.液相还原法制备铁镍双金属，比原来的通过离子交换法制备铁镍双金属容易，制备时间大幅缩短，液相还原法只需1～2h，而离子交换法一般需24h。并且通过电镜观察，液相还原法制备的铁镍双金属中的镍以晶须的形式存在，而离子交换法中的镍呈片状，因此液相还原法制备的铁镍双金属比离子交换法的比表面积和孔隙率均有所增大，有助于降解氯代有机污染物速率的提高。3.采用阳离子表面活性剂改性的沸石为载体，改性沸石具有很强的吸附能力，它能将水中的氯代有机污染物吸附富集在表面，提高了铁镍降解氯代有机物的处理效果和速度。并且，改性沸石为多孔结构，其与铁镍双金属组成的催化剂，结构蓬松，孔隙率大，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降解水中氯代有机污染物的双金属催化剂，其特征在于其组份为铁镍双金属和载体，铁镍双金属和载体的质量比为１００∶（１－１０），其中所述的铁镍双金属中铁镍的质量比为１００∶（１－５），所述的载体为改性沸石。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐炎华，陈雷，陆雪梅，杨晓燕，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]