不同电沉积时间的钯碳纳米管复合材料
多氯联苯(PCBs)是斯德哥尔摩公约优先控制的一类持久性有机污染物, 可用作阻燃剂、润滑剂、绝缘介质等, 是应用广泛的重要化工产品. 虽然在20世纪70年代末期很多国家就已经禁止使用和生产PCBs, 但因其在自然条件下不易降解, 且具有长距离迁移性, 因此至今仍广泛分布在土壤、沉积物、生物体、地表水等各环境介质中.
PCBs具有高疏水性和高毒性, 易于通过食物链进行生物积累, 从而威胁生态安全及人类健康. 开发合适的PCBs污染控制和修复技术是其风险管理的重要手段.与好氧生物降解、高级氧化技术(AOPs)或焚烧等氧化技术相比, PCBs的还原脱毒技术具有低成本和易操作性等优点, 越来越受到研究人员的重视.
其中零价铁(ZVI)还原脱毒是一种被广泛关注的方法,可以有效修复有机氯化学品(如三氯乙烯或 PCBs)污染的地表水和地下水. 在ZVI过程中, 因零价铁对有毒氯代有机物具有较好的化学反应活性, 可以有效脱除氯代化合物的氯元素, 生成直链烃或芳香烃, 这些产物通常比母体化合物毒性低, 在自然环境中也更易进一步降解. 但是, ZVI颗粒在周围条件下即会失活, 因此ZVI脱氯反应会迅速减缓.
电化学技术可以通过电子的转移脱除水溶液或非水溶液中PCBs的氯元素, 是极具前景的有机氯污染物还原脱毒技术. 近年来开展了一些水溶液中PCBs的电催化还原脱氯的研究, 其研究成果提供了该项技术实现PCBs污染的地表水、沉积物和土壤的原位或异位修复的可能性. 在电化学脱氯反应中, 电极材料是获得高的脱氯效率的重要因素. 除了金属电极(如钛、镍、银等), 石墨和碳纤维等碳材料因具有良好的加氢能力也通常用作工作电极. 近年来, 碳纳米管(CNTs)作为电极材料受到越来越多的关注. 与传统碳材料相比, CNTs具有一些独特的性质, 如更好的导电性、更高的能量密度分布和贮氢性能、更大的比表面积. CNTs的这些特性有可能会更有利于有机氯化合物的电化学脱氯. 已有一些应用CNTs电极对某些氯代化合物电化学脱氯的报道. Li等人发现负载血色素的电极能够对三氯乙酸有效脱氯, 在此过程中, 完全脱氯产物乙酸为最终产物.
大连理工大学环境与生命学院全燮等人采用化学气相沉积-电沉积法制备出以钛板为基底的载钯碳纳米管有序阵列电极(Pd/CNTs/Ti).钯颗粒多数粒径约10nm左右,平均粒径小于20 nm, 均匀分散在碳纳米管(CNTs)管壁表面. 应用载钯碳纳米管有序阵列电极用于甲醇-水溶液中2,4,5-三氯联苯(PCB29)的电催化还原脱氯研究.结果表明, 由于CNTs的独特性质, Pd/CNTs/Ti电极表现出比Pd/Ti 和Pd/石墨电极更高的脱氯效率,6 h内PCB29去除率达90%. 在此过程中PCB 29可以完全脱氯, 联苯被确认为是最终脱氯产物.在电催化还原反应中载钯量、阴极电压和支持电解质是影响脱氯效果的关键因素.