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      有機(jī)胺對Pd/C催化氯酚加氫脫氯反應(yīng)的影響

      2022-12-15 08:29:24馬云波王彥斐李鵬劉歡武海洋蘇衡馬宣宣夏傳海
      化工進(jìn)展 2022年11期
      關(guān)鍵詞:丙胺吸收劑質(zhì)子

      馬云波,王彥斐,李鵬,劉歡,武海洋,蘇衡,馬宣宣,夏傳海,

      (1 魯東大學(xué)濱海生態(tài)高等研究院,山東 煙臺 264025;2 魯東大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,山東 煙臺 264025;3 中國石油大學(xué)(北京)化學(xué)工程與環(huán)境學(xué)院,北京 102249)

      氯酚類化合物(CPs)是生產(chǎn)殺蟲劑、防腐劑、染料和皮革浸漬劑的一類重要化工原料,廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥業(yè)[1-2]。氯酚生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量含各種氯酚的殘渣和廢液,而氯酚類化合物具有高毒性和生物蓄積性的特性,對生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重危害,是優(yōu)先控制的污染物[3-4]。當(dāng)前,高溫焚燒是處理氯酚工業(yè)危廢的主要技術(shù),然而不完全焚燒容易導(dǎo)致二英的生成[5]。因此,開展安全、高效和環(huán)境友好的氯酚類污染物處理方法研究有著重要的技術(shù)需求。

      針對氯酚類污染物的化學(xué)處理方法,主要有以光催化[6]、聲催化[7]、Fenton氧化[8]、催化濕式氧化[9]等為代表的高級氧化法以及加氫脫氯法[10-13]。其中,催化加氫脫氯法處理氯酚類污染物備受關(guān)注[14-15],它可以利用催化劑將氯酚類污染物中的C—Cl鍵氫化裂解,降低氯酚類污染物的毒性和穩(wěn)定性。催化加氫脫氯法操作條件溫和,催化劑可重復(fù)利用,完全加氫脫氯產(chǎn)物可回收,從而實現(xiàn)氯酚類污染物的無害化處理和資源化利用,是處理氯酚工業(yè)危廢最有前景的技術(shù)之一。對于氯酚類污染物的催化加氫脫氯處理,催化劑的活性金屬組分和載體至關(guān)重要。一般來說,活性組分Pd 通常負(fù)載在具有大表面積和高穩(wěn)定性的活性炭上,作為加氫脫氯反應(yīng)的催化劑[16-18]。同時,溶劑對催化加氫脫氯有著非常重要的影響,考慮到反應(yīng)物的溶解性以及環(huán)境安全性,甲醇和乙醇等醇類溶劑被廣泛用作反應(yīng)溶劑[19]。

      此外,堿性質(zhì)子吸收劑也會影響催化加氫脫氯反應(yīng)[20-21]。催化加氫脫氯過程中會生成副產(chǎn)物HCl,而HCl對催化劑有毒害作用,因此為了避免活性組分的流失,使催化劑保持高活性和穩(wěn)定性,需要添加堿性質(zhì)子吸收劑來中和HCl[18-26]。一般常用的堿性質(zhì)子吸收劑為無機(jī)強(qiáng)堿NaOH,但反應(yīng)中原位生成的無機(jī)鹽NaCl 會沉積在催化劑的表面和孔道,導(dǎo)致有機(jī)溶劑中的催化劑失活,這也是液相加氫脫氯反應(yīng)過程中的共性問題[18-19,22]。針對有機(jī)溶劑體系中無機(jī)鹽在催化劑表面的沉積問題,本文作者課題組[22]已經(jīng)建立了純水體系用于4-氯苯酚的加氫脫氯降解,但2,4-二氯苯酚等其他多氯代苯酚類污染物在水中的溶解度較低,純水體系難以對高濃度氯酚污染物達(dá)到好的降解效果??紤]到無機(jī)堿以及加氫脫氯反應(yīng)中生成的無機(jī)鹽在有機(jī)溶劑中的溶解度較差,采用有機(jī)胺作為質(zhì)子吸收劑,以避免催化劑在有機(jī)溶劑中因無機(jī)鹽的沉積而失活的問題。

      因此,本文以2,4-二氯苯酚作模型化合物,以甲醇作為反應(yīng)溶劑,研究有機(jī)胺類對Pd/C 催化加氫脫氯反應(yīng)的影響及其規(guī)律,旨在建立針對高濃度多氯代氯酚類污染物的高效穩(wěn)定的催化加氫脫氯體系,并最終實現(xiàn)氯酚工業(yè)危廢的高效加氫脫氯降解。

      1 材料和方法

      1.1 實驗材料

      主要化學(xué)試劑:2-氯苯酚(2-CP)、4-氯苯酚(4-CP)、2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、氫氧化鈉(NaOH)、 三 甲 胺(trimethylamine)、 三 乙 胺(triethylamine)、正丙胺(n-propylamine)、二正丙胺 (di-n-propylamine)、 三 正 丙 胺 (tri-npropylamine)、正辛胺(n-octylamine)、二正辛胺(di-n-octylamine)、三正辛胺(tri-n-octylamine)、三戊胺(triamylamine)、十二胺(dodecylamine)、十六胺(hexadecylamine)等,分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;甲醇、乙醇,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,均為分析純;正己烷,科密歐試劑公司,色譜純;5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Pd/C催化劑,阿法埃莎(中國)化學(xué)有限公司,粒徑75μm、比表面積1004m2/g、孔體積0.99cm3/g、平均孔徑2.96nm;氫氣以及分析儀器所用氫氣和氮氣純度均大于99.999%,煙臺飛鳶氣體有限公司;實驗用水為去離子水。

      1.2 實驗過程

      2,4-DCP 在Pd/C 催化下的加氫脫氯反應(yīng)在100mL 三口圓底燒瓶中進(jìn)行,考察不同有機(jī)胺對2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)的影響。在三口燒瓶中分別依次加入10g/L 2,4-DCP(9.8mmol Cl 原子)溶液80mL、20mg Pd/C 以及0.135mol/L 有機(jī)胺或NaOH(堿用量為Cl原子化學(xué)計量的1.1倍,即10.8mmol),通入氮氣3次置換系統(tǒng)中的空氣,控制磁力攪拌器水浴溫度為30℃,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為1500r/min(保證催化劑的均勻分散),并以10mL/min的流速通入氫氣開始反應(yīng),間隔時間取樣,稀釋后離心進(jìn)行分析。每個催化加氫脫氯實驗重復(fù)3次,以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

      1.3 分析方法及條件

      采用Thermo Trace 1310氣相色譜儀對2,4-DCP及其加氫脫氯產(chǎn)物2-CP、4-CP和苯酚進(jìn)行定性及定量分析,色譜柱為DB-1701 石英毛細(xì)管柱(30m×0.25mm×0.25μm),檢測器為氫火焰離子檢測器(FID),采用外標(biāo)法進(jìn)行定量,氯原子脫除率(chlorine atom removal ratio)的定義見式(1)。

      式中,CCl,0和CCl,t分別為有機(jī)Cl 原子的初始和反應(yīng)t時刻的物質(zhì)的量濃度,mol/L。同時,進(jìn)一步將速率常數(shù)k用來反映2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)速率的快慢,由于2,4-DCP的加氫脫氯反應(yīng)是準(zhǔn)一級動力學(xué)反應(yīng),因此速率常數(shù)k可表示為式(2)。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 液相體系中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)

      首先,研究了不同溶劑中無機(jī)堿(NaOH)和有機(jī)堿(Et3N)對Pd/C 催化2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)加氫脫氯反應(yīng)的影響。不同溶劑體系中,NaOH 或Et3N 作質(zhì)子吸收劑時,2,4-DCP 的氯原子脫除率如圖1所示。由兩組空白對照實驗(一組是加入Pd/C 不通H2,另一組是不加Pd/C 通H2)可知,在無Pd/C 或無氫氣時2,4-DCP 的含量均沒有變化,這表明在2,4-DCP 的催化加氫脫氯反應(yīng)中,Pd/C 與H2二者缺一不可。NaOH 作為質(zhì)子吸收劑時,Pd/C催化2,4-DCP在水中的加氫脫氯反應(yīng)速率最快,2,4-DCP 在60min 內(nèi)幾乎全部加氫脫氯生成苯酚;在甲醇和乙醇中時,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率較慢,其在60min內(nèi)氯原子脫除率分別為52.5%和69.7%;而在正己烷中時,2,4-DCP幾乎不發(fā)生加氫脫氯反應(yīng)。即無機(jī)堿NaOH為質(zhì)子吸收劑時,Pd/C 在水中催化活性最高,在甲醇和乙醇等質(zhì)子溶劑中的催化活性次之,而在正己烷中的催化活性最差。這是由于在有機(jī)溶劑中無機(jī)鹽溶解度較低,隨著催化加氫脫氯反應(yīng)的進(jìn)行,原位生成的無機(jī)鹽NaCl 逐漸在催化劑表面和孔道沉積,進(jìn)而阻塞催化劑活性位點,阻礙H2和2,4-DCP 的吸附與活化,從而導(dǎo)致催化劑的活性降低。水對NaCl具有較好的溶解性,避免了NaCl在催化劑表面的沉積而使催化劑保持高的活性和穩(wěn)定性[13,18-19,22]。

      圖1 NaOH和Et3N存在下不同溶劑中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)性

      另一方面,Et3N作為質(zhì)子吸收劑時,Pd/C催化2,4-DCP 在甲醇中加氫脫氯反應(yīng)速率最快,2,4-DCP 在60min 內(nèi)全部轉(zhuǎn)化為苯酚;而在乙醇和水中,2,4-DCP 在60min 內(nèi)的氯原子脫除率分別為99.0%和90.2%;同樣地,2,4-DCP 在正己烷中幾乎不發(fā)生加氫脫氯反應(yīng)。即當(dāng)有機(jī)堿Et3N 作為質(zhì)子吸收劑時,在有機(jī)溶劑中,Et3N不會電離而以分子狀態(tài)存在,并且其在甲醇、乙醇中具有較高溶解度,可以較好地分散于其中,直接與加氫脫氯反應(yīng)生成的HCl 反應(yīng)生成三乙胺鹽酸鹽(Et3N·HCl)[式(3)],有效消除HCl 對Pd/C 的毒害作用,而Et3N和Et3N·HCl 在甲醇、乙醇中具有較高的溶解度,不會像NaOH 和NaCl 沉積在催化劑的表面,因而Pd/C能保持較高的催化活性[13,18-19,22]??梢?,溶劑體系和質(zhì)子吸收劑均對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)有著重要的影響。

      (CH3CH2)3N? + HCl—→— (CH3CH2)3N·HCl (3)

      為了驗證Et3N·HCl是否會在催化劑表面沉積,利用掃描電鏡(SEM)、X 射線晶體衍射(XRD)和X射線光電子能譜(XPS)對在甲醇中使用前后的Pd/C催化劑進(jìn)行了表征分析。

      圖2為甲醇中使用前后的Pd/C催化劑的掃描電鏡(SEM)圖及能量色散X 射線光譜(EDX)圖。由圖2可知,重復(fù)利用5次的催化劑表面與新鮮催化劑表面形貌類似,并未發(fā)現(xiàn)Et3N·HCl 的沉積。同時EDX 分析表明,催化加氫脫氯反應(yīng)后催化劑表面并未發(fā)現(xiàn)N 元素和Cl 元素的特征峰,這表明使用前后催化劑表面的元素組成并未發(fā)生改變。

      圖2 使用前后Pd/C的掃描電鏡(SEM)圖及能量色散X射線光譜(EDX)圖

      為了進(jìn)一步得到Pd/C催化劑表面組成的信息,對加氫脫氯反應(yīng)前后的催化劑進(jìn)行了X射線晶體衍射(XRD)和X 射線光電子能譜(XPS)分析。如圖3所示,并未發(fā)現(xiàn)催化劑譜圖上有N元素和Cl元素的特征峰。這些結(jié)果進(jìn)一步表明,以Et3N 作為質(zhì)子吸收劑,甲醇中的Pd/C 催化劑表面不會有Et3N·HCl 的沉積??傊?,由于Et3N 和Et3N·HCl 在甲醇中能夠有效溶解和均勻分散,不會像NaOH和NaCl在催化劑的表面沉積使得催化劑失活。因此,在甲醇、乙醇等醇類溶劑中Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng),Et3N作為質(zhì)子吸收劑能使催化劑表現(xiàn)出較高的催化活性,從而實現(xiàn)2,4-DCP的高效徹底加氫脫氯降解。

      圖3 使用前后Pd/C催化劑的XRD圖及XPS圖

      2.2 有機(jī)胺對Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯速率的影響

      上述研究表明,在2,4-DCP的催化加氫脫氯反應(yīng)中,Et3N作為質(zhì)子吸收劑時,Pd/C催化劑在甲醇中能夠表現(xiàn)出高的催化活性。那么,其他有機(jī)胺是否同樣具有相似的影響?因此,又研究了有機(jī)胺的類型對甲醇中Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)的影響。

      2.2.1 不同碳鏈長度的叔胺對Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯速率的影響

      選擇不同碳鏈長度的叔胺(三甲胺、三乙胺、三丙胺、三戊胺和三辛胺)來研究不同類型叔胺對甲醇中Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)速率的影響(圖4)。

      由圖4可知,不同碳鏈長度的叔胺作質(zhì)子吸收劑對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)有著重要的影響,且其催化加氫脫氯反應(yīng)符合準(zhǔn)一級動力學(xué)方程[24-25]。當(dāng)三甲胺和三乙胺作質(zhì)子吸收劑時,2,4-DCP 在40min 時的氯原子脫除率均已達(dá)到98%以上;而當(dāng)三丙胺、三戊胺和三辛胺作質(zhì)子吸收劑時,2,4-DCP 在60min 時均沒有完全加氫脫氯。因此,考慮速率常數(shù)計算的準(zhǔn)確性,對于三甲胺和三乙胺,選擇前40min的氯原子脫除率進(jìn)行準(zhǔn)一級動力學(xué)方程擬合;對于三丙胺、三戊胺和三辛胺,選擇前60min的氯原子脫除率進(jìn)行準(zhǔn)一級動力學(xué)方程擬合,分別求其加氫脫氯反應(yīng)速率常數(shù)。當(dāng)三甲胺、三乙胺作為質(zhì)子吸收劑時,2,4-DCP的加氫脫氯速率常數(shù)分別為0.1069min-1和0.1026min-1。當(dāng)三丙胺作為質(zhì)子吸收劑時,2,4-DCP 在60min 時的氯原子脫除率為98.2%,其加氫脫氯速率常數(shù)為0.0696min-1。而當(dāng)三戊胺、三辛胺作質(zhì)子吸收劑時,Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)相對較慢,2,4-DCP 在60min 時的氯原子脫除率僅為79.9%和73.8%,其加氫脫氯速率常數(shù)分別為0.0323min-1和0.0271min-1。這表明,隨著叔胺N原子上所連碳鏈的增長,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率呈現(xiàn)逐漸降低的規(guī)律。這可能是由于取代基逐漸增大,空間位阻也逐漸增大,使得HCl不易與叔胺中的N原子反應(yīng),從而導(dǎo)致不能有效吸收反應(yīng)生成的HCl[26]。另外,有機(jī)胺中N原子有可能向金屬Pd提供電子對,參與到加氫脫氯反應(yīng)并促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行[27-30]。

      圖4 不同碳鏈長度的叔胺對甲醇中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)的影響

      2.2.2 不同碳鏈長度的伯胺對Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率的影響

      進(jìn)一步選擇不同碳鏈長度的伯胺(正丙胺、正辛胺、十二胺和十六胺)作為質(zhì)子吸收劑,研究其對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)速率的影響(圖5)。由圖5 可知,甲醇中不同伯胺存在下Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)均符合準(zhǔn)一級動力學(xué)方程。當(dāng)正丙胺、正辛胺、十二胺和十六胺作質(zhì)子吸收劑時,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率常數(shù)分 別 為0.0845min-1、0.0819min-1、0.0719min-1和0.0521min-1,即不同伯胺存在下Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率大小為:正丙胺>正辛胺>十二胺>十六胺。綜上,隨著伯胺所連碳鏈的增長,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率逐漸降低,這與不同碳鏈長度的叔胺對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯的影響規(guī)律一致。

      圖5 不同碳鏈長度的伯胺對甲醇中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)的影響

      2.2.3 不同數(shù)目取代基的有機(jī)胺對Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)的影響

      選擇正丙胺、二正丙胺、三正丙胺、正辛胺、二正辛胺、三正辛胺作質(zhì)子吸收劑,研究有機(jī)胺中N原子上取代基數(shù)目對Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率的影響(圖6)。

      由圖6可知,對甲醇中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)來說,正丙胺、二正丙胺、三正丙胺作質(zhì)子吸收劑時,反應(yīng)速率常數(shù)大小較為接近;當(dāng)正辛胺作質(zhì)子吸收劑時,2,4-DCP 在60min 內(nèi)幾乎全部轉(zhuǎn)化為苯酚,其速率常數(shù)為0.0819min-1,而質(zhì)子吸收劑分別為二正辛胺和三正辛胺時,2,4-DCP 在60min 時的氯原子脫除率分別為75.9%和76.5%,其速率常數(shù)分別為0.0292min-1和0.0271min-1。這可能是由于當(dāng)有機(jī)胺中N原子上的取代基為碳鏈較短的正丙基時,其空間位阻相對較小,對氨基結(jié)合HCl的能力影響不大,因此正丙胺、二正丙胺、三正丙胺作質(zhì)子吸收劑時對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)速率影響不大。而取代基為正辛基時,由于取代基碳原子數(shù)目的增多,空間位阻效應(yīng)變大,隨著取代基數(shù)目的繼續(xù)增加,帶來的空間位阻效應(yīng)也更強(qiáng),嚴(yán)重限制了有機(jī)胺結(jié)合HCl的能力,從而導(dǎo)致二正辛胺和三正辛胺作質(zhì)子吸收劑時Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率遠(yuǎn)小于正辛胺作質(zhì)子吸收劑時。

      圖6 不同數(shù)目取代基的有機(jī)胺對甲醇中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)的影響

      綜上所述,短鏈有機(jī)胺更有利于Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)的進(jìn)行,即Pd/C-甲醇-短鏈有機(jī)胺催化體系能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度多氯代苯酚類污染物的高效加氫脫氯降解。

      2.3 有機(jī)胺對Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯途徑的影響

      本研究進(jìn)一步比較了不同有機(jī)胺對Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯產(chǎn)物分布的影響(圖7)。

      根據(jù)色譜分析可知,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)中間產(chǎn)物為2-CP 和4-CP,終產(chǎn)物為苯酚,圖7 為不同有機(jī)胺作質(zhì)子吸收劑時Pd/C 催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)產(chǎn)物分布圖??梢钥吹剑瑹o論何種有機(jī)胺作質(zhì)子吸收劑,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)過程中,中間產(chǎn)物2-CP的量都遠(yuǎn)高于4-CP的量。這可能是由于在Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)中,2,4-DCP的對位氯原子相比鄰位氯原子更容易脫除,或者中間產(chǎn)物2-CP比4-CP更難脫除分子中的氯原子。

      圖7 有機(jī)胺對Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)過程的影響

      為了確定導(dǎo)致Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)中間產(chǎn)物2-CP的量均遠(yuǎn)高于4-CP的量這一規(guī)律的原因,進(jìn)一步比較了不同有機(jī)胺對Pd/C 催化2-CP和4-CP混合物加氫脫氯反應(yīng)的影響(圖8)。

      由圖8可知,甲醇中Pd/C催化2-CP和4-CP的平均加氫脫氯反應(yīng)速率相差不大,這表明中間產(chǎn)物2-CP 上的Cl 原子并不比4-CP 中的Cl原子難脫除。因此,中間產(chǎn)物2-CP 和4-CP 中Cl 原子脫除的難易程度不是造成Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)中間產(chǎn)物2-CP 的量都遠(yuǎn)高于4-CP 的量的主要原因。換言之,對于甲醇中的Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)來說,有機(jī)胺作質(zhì)子吸收劑時,中間產(chǎn)物2-CP的量都遠(yuǎn)高于4-CP的量,可能是由于2,4-DCP 中羥基鄰位的Cl 原子受到羥基空間位阻的限制而使其比對位的Cl 原子更難脫除[31-32]??傊琍d/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)是一個分步反應(yīng),首先脫除1個Cl原子生成2-CP或4-CP,然后再脫除一個Cl原子生成苯酚(圖9)。

      圖8 不同有機(jī)胺對2-CP和4-CP混合溶液在Pd/C催化下的加氫脫氯反應(yīng)的影響

      圖9 Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)過程

      2.4 Pd/C的重復(fù)利用

      為了評價加氫脫氯反應(yīng)中Pd/C 催化劑的穩(wěn)定性,以三乙胺作為質(zhì)子吸收劑,考察了甲醇中Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯中的催化劑重復(fù)利用性。由圖10可知,對于Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng),第一次催化反應(yīng),2,4-DCP 在60min 內(nèi)完全加氫脫氯,氯原子脫除率為100%,而第二次催化反應(yīng)氯原子脫除率為63.8%,第五次催化反應(yīng)氯原子脫除率僅為42.3%。這表明有機(jī)胺作質(zhì)子吸收劑時Pd/C的穩(wěn)定性不夠好。

      圖10 甲醇中三乙胺作質(zhì)子吸收劑Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯的重復(fù)利用

      為了認(rèn)識有機(jī)胺作為質(zhì)子吸收劑時Pd/C 催化活性降低的原因,進(jìn)一步研究了Pd/C 催化劑在反應(yīng)后Pd 的流失問題。利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析了Et3N 存在下第一次加氫脫氯反應(yīng)后反應(yīng)液中Pd2+的濃度為261μg/L,Pd 的流失率為2.1%。這表明Et3N存在下Pd/C中Pd流失并不顯著,這意味著Pd 的流失并不是導(dǎo)致Pd/C 催化劑穩(wěn)定性不夠好的主要原因。Monguchi等[33]提出,三乙胺鹽酸鹽在加氫脫氯過程中會對Pd/C 產(chǎn)生累積毒化作用,從而導(dǎo)致Pd/C的穩(wěn)定性不夠好。因此,有機(jī)胺存在下,如何提高液相加氫脫氯反應(yīng)Pd/C催化劑的穩(wěn)定性仍有待進(jìn)一步深入研究。

      3 結(jié)論

      (1)針對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng),三乙胺作質(zhì)子吸收劑能有效吸收副產(chǎn)物HCl,并有效避免因無機(jī)鹽在催化劑表面的沉積而導(dǎo)致的催化劑失活,促進(jìn)Pd/C 催化氯酚類污染物加氫脫氯反應(yīng)的進(jìn)行。

      (2)不同類型有機(jī)胺對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)速率有著重要的影響,有機(jī)胺中取代基的碳鏈越短,數(shù)目越少,其空間位阻效應(yīng)越小,Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)速率越快,越有利于加氫脫氯反應(yīng)的進(jìn)行,即Pd/C-甲醇-短鏈有機(jī)胺催化體系能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度多氯代酚類污染物的高效徹底脫氯降解。

      (3)Pd/C催化2,4-DCP加氫脫氯反應(yīng)是分步反應(yīng),首先脫除一個Cl原子生成4-CP或2-CP,然后再脫除一個Cl 原子生成苯酚,不同類型的有機(jī)胺對Pd/C 催化2,4-DCP 加氫脫氯反應(yīng)選擇性并無影響。

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