基于表面活性剂-聚吡咯复合膜修饰电极的五氯酚的水相脱氯

五氯酚是持久性有机污染物，目前还没有成熟的降解方法，因此研究五氯酚的无毒无害化降解非常重要。电化学还原法是环境友好技术，为解决目前电化学还原脱氯研究中存在的使用有机溶剂、反应时间长、电流效率低等问题，使脱氯反应能在完全水溶液介质中实现，并具有较高的脱氯效率和电流效率，本项目拟研究制备基于表面活性剂-聚吡咯复合膜修饰的新型载钯多孔催化电极，并将其应用于五氯酚的电催化还原脱氯。分析表面活性剂与聚吡咯、金属催化剂钯之间的相互作用及其与电催化活性的关系，探讨脱氯反应机理。基体材料选用多孔钛网或泡沫镍，有利于增大催化剂的表面积和脱氯时水中五氯酚的均匀传质。表面活性剂与聚吡咯复合膜可能对提高电极的催化活性具有协同作用，进而可提高五氯酚的脱氯效率和电流效率。由于增强了钯颗粒的分散性，可在提高电极催化活性的情况下减小钯的用量，降低催化电极的制备成本。项目研究将为实现氯代有机物的无毒无害化降解提供理论依据。

项目以2,4-二氯酚、3,4,5-三氯酚、五氯酚为目标污染物，采用电化学还原法在水溶液介质中进行了还原脱氯研究。制备获得了电化学活性高、性能稳定的聚吡咯-表面活性剂复合膜修饰的单金属载钯电极及双金属多孔催化复合膜电极。研究了水溶液介质中Pd/PPy-CTAB/Ni、Pd-Ni(SDBS)/PPy/Ti等电极上2,4-二氯酚的还原脱氯，CV 50 Pd-Cu/Ti电极上3,4,5-三氯酚的还原脱氯，Pd/PPy-SDBS/Ni、Pd-Ni(SDBS)/PPy/Ti、CV 50 Pd-Cu/Ti等电极上五氯酚的还原脱氯。考察了溶液初始pH值、脱氯电流等因素对脱氯效率和电流效率的影响，同时考察了电极的稳定性，对脱氯中间产物进行了检测，探讨了氯酚的电化学还原脱氯动力学、脱氯路径与机理。Pd/PPy-CTAB/Ni、Pd/PPy-SLS/Ni、Pd/PPy-SDBS/Ni电极具有高的电催化活性和稳定性，在实现2,4-二氯酚完全脱氯的情况下获得了47.4%的电流效率。2,4-二氯酚脱氯的主要产物是苯酚，中间产物有2-氯酚、4-氯酚，其脱氯过程为零级反应，4-位上的-Cl比2-位上的-Cl易于脱除。CV 50 Pd-Cu/Ti电极上初始浓度为10 mg/L的3,4,5-三氯酚脱氯70min时实现了100%转化，氯离子生成率为96.6%，主要产物是苯酚，中间产物有3,4-二氯酚、3-氯酚，其脱氯过程为零级反应，3-位或5-位-Cl比4-位-Cl易于脱除。Pd/PPy-SDBS/Ni电极上，初始浓度为10mg/L的五氯酚脱氯50 min后去除率为100%，电流效率为12.3%，电极重复使用10次后五氯酚的去除率仍为100%。CV 50 Pd-Cu/Ti电极上脱氯90min时可实现五氯酚的100%转化，氯离子的生成率为81.5%，主要脱氯产物是苯酚，苯酚还可被进一步还原为环己酮等物质，中间产物有2,3,4,6-四氯酚、2,3,4,5-四氯酚、2,3,4-三氯酚、2,4-二氯酚、2,3-二氯酚、2-氯酚 及 4-氯酚，其脱氯过程为一级反应，氯原子被去除的难易程度为5-位﹥6-位﹥4-位。2,4-二氯酚、3,4,5-三氯酚、五氯酚的电化学还原脱氯均是由反应物的扩散及电化学反应共同控制的。研究为氯代有机污染物的无毒无害降解提供了理论依据。