[发明专利]纳米Pd/Fe催化剂及其应用

说明书

技术领域

本发明属于化工领域，具体涉及一种纳米Pd/Fe催化剂及其在催化脱氯中的应用。

背景技术

纳米Pd/Fe催化还原剂具有较大的比表面积和较高的反应活性，对水中氯代有机物进行脱氯降解时具有反应活性高、反应速度快及降解完全的特点，是水中氯代有机物的良好去除剂。因而，纳米Pd/Fe催化还原剂在受污染地下水体的原位修复和废水处理领域具有广泛的应用前景。

用纳米Pd/Fe催化还原降解有机氯化物过程中，作为过渡金属钯具有空轨道，能与含氯有机物中的氯元素的p电子对或有双键有机物的π电子形成过渡络合物(如Pd···Cl···R)，降低脱氯反应的活化能，金属钯是良好的加氢催化剂，在氢的转移过程中起了重要作用，钯的加入可以极大地促进还原脱氯的速率。最早将钯用于还原脱氯的是Muftikian等，贵金属钯对H₂有良好的吸附效果，常温下1cm³钯可吸附约1000mL的H₂，最大吸附量可达2800mL，而且钯能够很快地将吸附在其表面的H₂分解为还原性更强的原子H。当纳米Pd/Fe催化脱除氯代有机物时，Fe在水中的腐蚀产生的H₂被Pd吸附，并嵌入到Pd的晶格中形成强还原性物质Pd·H₂，吸附在Pd/Fe催化还原剂表面的氯代有机物能够被Pd·H₂快速催化降解。

但是纳米Pd/Fe催化还原剂用于废水处理时，存在如下缺点：(1)纳米Pd/Fe催化还原剂如果不负载到合适的填料上，极易产生团聚现象；(2)反应后纳米Pd/Fe催化还原剂不易与水分离和回收，还会造成二次污染；因而会导致脱氯效率下降。将纳米Pd/Fe催化还原剂固定化是解决这一问题的主要途径。

目前，如何将纳米Pd/Fe催化还原剂固定到合适的填料上并且保持其活性，且不破坏填料原有的特性是当前研究尚待解决的问题。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种专业的塑胶材料，在含氟聚合物中由于PVDF具有高度非反应性和纯热塑性导致其具有较高纯度、较强的耐酸性以及耐热的性能而被研究者广泛应用到材料及水处理的相关领域。

但PVDF作为填料时，由于材料本身的拒水性而使其应用受到限制，目前虽有研究者对PVDF进行改性，大都局限于将购买的PVDF膜用作填料负载纳米Pd/Fe催化还原剂，并且购买的PVDF膜用作填料时必须经过表面改性才能负载纳米Pd/Fe催化还原剂。进过研究发现进行改性的PVDF膜用作填料时存在如下问题：(1)表面改性后，降低PVDF填料的机械强度和耐久性，使材料的脆性增加；(2)影响纳米Pd/Fe催化还原剂的负载；(3)不能从根本上解决纳米Pd/Fe催化还原剂固定化并且提高脱氯效率的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米Pd/Fe催化剂；在本发明的另一方面，本发明的目的是提供一种能够提高脱氯效率的纳米Pd/Fe催化剂。为了实现本发明的目的，拟采用如下技术方案：

本发明一方面涉及一种纳米Pd/Fe催化剂，其特征在于所述的纳米Pd/Fe负载在PVDF·Al₂O₃薄膜上，薄膜的厚度为0.1-0.3mm，Fe的含量为0.5mg-0.6mg/cm²薄膜，Pb的含量为Fe含量的0.5-0.6％。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的PVDF·Al₂O₃薄膜通过如下方法获得，所述的方法包括如下步骤：将15-25wt％的聚偏氟乙烯粉末溶于N，N-二甲基乙酰胺溶剂中，持续搅拌直至完全溶解，向其中加入1.5-2.5wt％纳米三氧化二铝(Al₂O₃)颗粒，加入1-2wt％的六偏磷酸钠((NaPO₃)₆)以及3-5wt％的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，将Al₂O₃与溶剂均匀混合后，置于超声分散器中20-40min后取出，恒温静止24-48h以脱除溶液中的气泡；在室温下用固-液相转化法将脱泡后的溶液流延在玻璃板，并用刮刀刮出适当厚度，制备出基体改性的载体；将改性载体在乙醇溶液中固化放置24h以上，取出用蒸馏水清洗，放置于去离子水中备用。