纳米零价铁降解水相中的2氯联苯及其影响因素的研究
多氯联苯（PCBs）是一类重要的环境持久性污染物，对环境及生物体有极大危害，并且由于其生物积蓄性，多氯联苯可以通过食物链进入人体，对人类健康造成威胁。因此，对多氯联苯的治理刻不容缓，目前对多氯联苯的治理，主要集中在填埋、焚烧、生物降解以及化学降解等方面。纳米零价铁由于其极大的比表面积以及反应活性，在多氯联苯的降解上有很大的优势，因此利用纳米零价铁来降解多氯联苯已成为研究热点，本文主要介绍纳米零价铁对2-氯联苯降解作用的机理，以及反应时有无氧气、反应时的pH、零价铁的用量对降解作用的影响。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 2
1 材料与方法 3
1．1 实验所用到的材料和设备 3
1．1．1 实验材料 3
1．1．2 实验仪器 4
1．2 实验方法 4
2 结果与分析 5
2．1 有氧条件和无氧条件对纳米零价铁降解2氯联苯的影响的对比 5
2．2 有氧条件下溶液pH对纳米零价铁降解2氯联苯影响的研究 6
2．3 有氧条件下纳米零价铁用量对纳米零价铁降解2氯联苯影响的研究............................7
3 讨论 8
致谢 9
参考文献： 9
纳米零价铁降解水相中2氯联苯及影响因素的研究
应用化学112班 项宪政
引言
引言
多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)是与苯环上碳原子相连接的氢被氯不同程度地取代而形成的一类联苯化合物。Schmidt和Schults于1881年首次成功合成PCBs，迄今为止，人工合成得PCBs类化合物已多达209 种[1]。它是一类具有持久性的有机污染物，自上世纪70年代末以来，它就一直被列为禁止使用的化合物。但是，多氯联苯依旧被一些无视环境污染的人员继续使用，因此水、土壤、沉积物被多氯联苯污染的现象依旧存在且困扰着我们[2]。多氯联苯 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
具有高毒性、持久性和生物体蓄积性，因此，修复受到多氯联苯污染的水、土壤和沉积物已成为研究热点[3]。目前，对于多氯联苯的治理，主要办法有焚烧、填埋、生物降解和化学降解等方法。但是填埋始终是治标不治本，焚烧成本极大，而且易造成二次污染，生物降解所需的微生物培养周期又太长，因此，在降解多氯联苯的方法中，化学降解是最经济，最有效，也是最便捷的。其中纳米零价铁等纳米金属由于其比表面积大，反应活性高，成为了主要研究对象。根据我们之前对纳米零价铁还原多氯联苯反应机理的研究，发现该过程为一表面反应，及多氯联苯首先吸附在纳米零价铁的表面，然后再进行脱氯，反应过程中应当会发生如下反应：
Fe0 → Fe2+ + 2e
H2O → H+ + OH
2H+ + 2e → H2
RCl + H+ + 2e → RH + Cl
但是，在实际应用时，完全无氧的条件基本上不可能实现。因此，研究纳米零价铁在有氧条件下对多氯联苯的脱氯作用很有意义。这次试验我们不仅运用了纳米零价铁在无氧条件下的还原脱氯作用，而且假设了在有氧条件下由于反应体系中产生了自由基，从而纳米零价铁对多氯联苯有氧化降解作用的新思路。与以往在无氧条件下进行的纳米零价铁还原脱氯的研究相比，这次研究有氧条件下纳米零价铁修复多氯联苯的氧化作用有以下两点优势：（1）在无氧条件下，纳米零价铁还原脱氯后，多氯联苯变成联苯，而在有氧条件下，可能会产生开环产物，降解的更加彻底，因此能更好的降低产物的毒性。（2）有氧条件下的反应操作更加简便，也与实际生活条件更加符合。
无论是有氧还是无氧条件，多氯联苯的还原脱氯过程都会消耗大量氢离子，因此在多氯联苯的降解过程中，反应pH对降解的影响都是十分显著的，反应体系中的氢离子量会显著影响多氯联苯的降解程度，基于这一点，我们可以向反应体系中持续不断的提供氢离子来增加反应程度。在以往的实验中，大多数实验人员都只是注重了控制反应的初始pH值，汪玉在初始pH值分别为4.0，5.5，6.8，9.0的条件下进行了多氯联苯的脱氯实验，验证了pH值为酸性时多氯联苯的还原脱氯效率更高[4]。但是，在具体的反应中，体系的pH值会随着反应的进行而不断升高[5,6]，因此，我们需要一个自动化的pH值控制系统，来使反应体系的pH值维持在一个相对稳定的范围内，系统由反应装置、pH值控制装置和搅拌装置组成，其中pH值控制装置由蠕动泵、pH计和pH自动控制仪组成，装置如下图1所示：
图1 自动化pH值控制系统[7]
本次实验的主要研究对象，是存在于水相中的2氯联苯。2氯联苯（2CHLOROBIPHENYL）为白色固体或液体，CAS编号为2051607，溶于多数有机溶剂，不溶于水。熔点约为35 ℃，沸点约为135 ℃。结构式如下图2所示
图2 2氯联苯的分子结构
考虑到在现实应用中不可能做到完全去除氧气，我们分别研究了在有氧和无氧条件下纳米零价铁对2氯联苯脱氯降解作用及其相应的反应动力学；我们还研究了在有氧条件下，反应体系的pH值以及纳米零价铁的用量对水相中的2氯联苯降解的影响；为了模拟土壤环境，我们在每组反应体系中均加入等量的普遍存在于土壤中且能对2氯联苯降解产生一定影响的小分子有机酸包括水杨酸（SA）、单宁酸（TA）和没食子酸（GA）；对反应时提取的溶液，我们应用高效液相色谱仪（HPLC）测定其中的2氯联苯量，来做动力学研究以及最终降解效率的研究。
1 材料与方法
1．1 实验所用到的材料和设备
1．1．1 实验材料
纳米零价铁（NZVI） 购于江苏南京埃普瑞纳米材料有限公司 粒径40nm
2氯联苯（2ClBP） 购于美国AccuStandard公司 98.8%
氢氧化钠（NaOH） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
水杨酸（SA） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
单宁酸（TA） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
没食子酸（GA） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
正己烷 购于德国默克股份两合公司 色谱纯
丙酮 购于上海申博化工有限公司 分析纯
盐酸（HCl） 购于南京化学试剂有限公司 分析纯
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract. 1
Key words 1
引言 2
1 材料与方法 3
1．1 实验所用到的材料和设备 3
1．1．1 实验材料 3
1．1．2 实验仪器 4
1．2 实验方法 4
2 结果与分析 5
2．1 有氧条件和无氧条件对纳米零价铁降解2氯联苯的影响的对比 5
2．2 有氧条件下溶液pH对纳米零价铁降解2氯联苯影响的研究 6
2．3 有氧条件下纳米零价铁用量对纳米零价铁降解2氯联苯影响的研究............................7
3 讨论 8
致谢 9
参考文献： 9
纳米零价铁降解水相中2氯联苯及影响因素的研究
应用化学112班 项宪政
引言
引言
多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)是与苯环上碳原子相连接的氢被氯不同程度地取代而形成的一类联苯化合物。Schmidt和Schults于1881年首次成功合成PCBs，迄今为止，人工合成得PCBs类化合物已多达209 种[1]。它是一类具有持久性的有机污染物，自上世纪70年代末以来，它就一直被列为禁止使用的化合物。但是，多氯联苯依旧被一些无视环境污染的人员继续使用，因此水、土壤、沉积物被多氯联苯污染的现象依旧存在且困扰着我们[2]。多氯联苯 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
具有高毒性、持久性和生物体蓄积性，因此，修复受到多氯联苯污染的水、土壤和沉积物已成为研究热点[3]。目前，对于多氯联苯的治理，主要办法有焚烧、填埋、生物降解和化学降解等方法。但是填埋始终是治标不治本，焚烧成本极大，而且易造成二次污染，生物降解所需的微生物培养周期又太长，因此，在降解多氯联苯的方法中，化学降解是最经济，最有效，也是最便捷的。其中纳米零价铁等纳米金属由于其比表面积大，反应活性高，成为了主要研究对象。根据我们之前对纳米零价铁还原多氯联苯反应机理的研究，发现该过程为一表面反应，及多氯联苯首先吸附在纳米零价铁的表面，然后再进行脱氯，反应过程中应当会发生如下反应：
Fe0 → Fe2+ + 2e
H2O → H+ + OH
2H+ + 2e → H2
RCl + H+ + 2e → RH + Cl
但是，在实际应用时，完全无氧的条件基本上不可能实现。因此，研究纳米零价铁在有氧条件下对多氯联苯的脱氯作用很有意义。这次试验我们不仅运用了纳米零价铁在无氧条件下的还原脱氯作用，而且假设了在有氧条件下由于反应体系中产生了自由基，从而纳米零价铁对多氯联苯有氧化降解作用的新思路。与以往在无氧条件下进行的纳米零价铁还原脱氯的研究相比，这次研究有氧条件下纳米零价铁修复多氯联苯的氧化作用有以下两点优势：（1）在无氧条件下，纳米零价铁还原脱氯后，多氯联苯变成联苯，而在有氧条件下，可能会产生开环产物，降解的更加彻底，因此能更好的降低产物的毒性。（2）有氧条件下的反应操作更加简便，也与实际生活条件更加符合。
无论是有氧还是无氧条件，多氯联苯的还原脱氯过程都会消耗大量氢离子，因此在多氯联苯的降解过程中，反应pH对降解的影响都是十分显著的，反应体系中的氢离子量会显著影响多氯联苯的降解程度，基于这一点，我们可以向反应体系中持续不断的提供氢离子来增加反应程度。在以往的实验中，大多数实验人员都只是注重了控制反应的初始pH值，汪玉在初始pH值分别为4.0，5.5，6.8，9.0的条件下进行了多氯联苯的脱氯实验，验证了pH值为酸性时多氯联苯的还原脱氯效率更高[4]。但是，在具体的反应中，体系的pH值会随着反应的进行而不断升高[5,6]，因此，我们需要一个自动化的pH值控制系统，来使反应体系的pH值维持在一个相对稳定的范围内，系统由反应装置、pH值控制装置和搅拌装置组成，其中pH值控制装置由蠕动泵、pH计和pH自动控制仪组成，装置如下图1所示：
图1 自动化pH值控制系统[7]
本次实验的主要研究对象，是存在于水相中的2氯联苯。2氯联苯（2CHLOROBIPHENYL）为白色固体或液体，CAS编号为2051607，溶于多数有机溶剂，不溶于水。熔点约为35 ℃，沸点约为135 ℃。结构式如下图2所示
图2 2氯联苯的分子结构
考虑到在现实应用中不可能做到完全去除氧气，我们分别研究了在有氧和无氧条件下纳米零价铁对2氯联苯脱氯降解作用及其相应的反应动力学；我们还研究了在有氧条件下，反应体系的pH值以及纳米零价铁的用量对水相中的2氯联苯降解的影响；为了模拟土壤环境，我们在每组反应体系中均加入等量的普遍存在于土壤中且能对2氯联苯降解产生一定影响的小分子有机酸包括水杨酸（SA）、单宁酸（TA）和没食子酸（GA）；对反应时提取的溶液，我们应用高效液相色谱仪（HPLC）测定其中的2氯联苯量，来做动力学研究以及最终降解效率的研究。
1 材料与方法
1．1 实验所用到的材料和设备
1．1．1 实验材料
纳米零价铁（NZVI） 购于江苏南京埃普瑞纳米材料有限公司 粒径40nm
2氯联苯（2ClBP） 购于美国AccuStandard公司 98.8%
氢氧化钠（NaOH） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
水杨酸（SA） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
单宁酸（TA） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
没食子酸（GA） 购于上海国药集团化学试剂有限公司 分析纯
正己烷 购于德国默克股份两合公司 色谱纯
丙酮 购于上海申博化工有限公司 分析纯
盐酸（HCl） 购于南京化学试剂有限公司 分析纯
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