掺杂介孔炭负载贵金属催化卤代有机污染物的液相加氢脱卤机制研究

The presence of halogenated organic pollutants in water threatens the safety of the water environment, and the catalytic hydrodehalogenation is considered to be an effective approach for the reductive removal of the pollutants, wherein activated carbon supported noble metal catalysts are usually used. Our preliminary experimental results showed that under ambient conditions N doped mesoporous carbon supported Pd catalyst exhibited excellent catalytic behavior for the hydrodehalogenation; while similar results have not been reported previously and the mechanism is not clear yet. In the present study, we plan to use N, B or P doped mesoporous carbon supported noble metal (Pd, Pt) catalysts as the model catalysts to conduct following investigation: (1) adsorption of model halogenated organic pollutants onto doped mesoporous carbon; (2) catalytic hydrodehalogenation of single halogenated organic pollutant; (3) competition hydrodehalogenation of halogenated organic pollutants and (4) influence of water chemistry on catalytic hydrodehalogenation. The objective is to elucidate the mechanism of catalytic hydrodehalogenation of halogenated organic pollutants over doped mesoporous carbon supported noble metal catalysts and to provide theoretic information for the design and development of highly effective methods for the removal of halogenated organic pollutants.

水体中的卤代有机污染物严重威胁水环境安全，催化加氢还原脱卤是一种有效去除水中卤代有机污染物的方法，活性炭负载贵金属是最常用的催化剂。我们的初步探索研究表明，在常温常压条件下，氮掺杂介孔炭负载Pd催化剂展示了显著优越的催化脱卤性能，但相关研究尚未见报道，其中的作用机制亦不明确。本课题拟采用氮、硼或磷等杂原子掺杂的介孔炭负载贵金属（Pd、Pt）为模型催化剂，开展以下研究：（1）掺杂介孔炭对模型卤代有机污染物的吸附机制；（2）单一卤代有机污染物的催化还原脱卤机制；（3）多种卤代有机污染物共存条件下的竞争催化脱卤机制；（4）水化学条件对催化脱卤效率的影响。研究旨在揭示掺杂介孔炭负载贵金属催化剂催化卤代有机污染物的还原脱卤机制，为设计及开发高效去除水中卤代有机污染物的方法提供理论指导和科学依据。

水体中的卤代有机污染物严重威胁水环境安全，以活性炭负载贵金属为催化剂的催化加氢还原脱卤是一种有效去除水中卤代有机污染物的方法。我们的初步研究结果显示，掺杂介孔炭负载Pd 催化剂展示了优越的催化脱卤性能，但其催化作用机制并不明确。.鉴于此，我们以氯乙酸、溴酸盐、氯酚、三氯生、四溴双酚A和双氯酚酸等污染物为目标污染物，以中孔碳、掺杂中孔碳、金属氧化物负载的贵金属为模型催化剂，研究污染物的催化加氢脱氯行为；同时，研究多种组分共存条件下的污染物竞争还原脱氯行为及机制。在此基础上，研究了不同pH等水化学条件下的催化加氢还原行为。研究结果显示，上述卤代污染物均可有效脱卤，且污染物经过脱卤后，其生物毒性显著下降。对于多氯代污染物，如三氯乙酸、二氯酚等，其加氢脱氯反应存在多个脱氯途径，包括一步和多步脱氯途径，且脱氯途径比重随催化剂结构特性不同而不同。对采用不同载体的催化剂，其催化加氢效率表现出明显的差异。例如，以掺杂氮和硼的碳基材料（中孔碳和碳纳米管）为载体负载的催化剂，其催化效率显著优于未掺杂的碳基材料负载的催化剂，主要是由于掺杂后，贵金属和载体间表现出显著的金属载体相互作用，且贵金属呈现显著的阳离子化效应，可提供重要的活性中心，以活化C-Cl键，从而显著促进污染物的加氢脱氯效率。此外，多种污染物共存时，污染物间的还原效率存在显著的相互抑制作用，且抑制作用与催化剂的结构特性密切相关，并表现出显著的选择性。.我们的研究初步揭示了掺杂介孔炭负载贵金属催化剂催化卤代有机污染物的还原脱卤机制，已有的研究成果预计可为设计及开发高效去除水中卤代有机污染物的方法提供理论指导和科学依据。