过渡金属/活性炭脱氯还原多氯联苯废气的催化反应机制

多氯联苯处置是履行"关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约"的基本要求，活性炭吸附塔是多氯联苯处置系统末端必不可少的设备单元。然而，活性炭吸附塔中的活性炭寿命短、含有PCBs的活性炭这种新型危险废物在搬运过程中具有环境健康隐患。申请人的前期探索性研究表明，铁/活性炭催化剂能够突破在传统氢供体存在下进行液相脱氯的局限，实现气相中多氯联苯的原位高效分解，分解率达99%以上。但是，金属、金属化合物及其与活性炭的协同作用尚不明确，脱氯反应中电子供体的作用机制尚待进一步研究。本研究采用浸渍和离子交换法制备两种类型的过渡金属/活性炭催化剂，金属负载量高，在对二者进行活性评价的基础上，采用X射线原位、动态物化性质表征等评价手段，探讨PCBs脱氯反应过程的微观反应机理，阐明多氯联苯脱氯反应中电子供体的作用机制，研究多氯联苯得电子后的反应产物、降解路径及毒性当量的变化，解明动力学规律，为实际应用奠定理论基础。

多氯联苯是一类对人体健康和环境具有极大危害的物质，是我国履行《斯德哥尔摩公约》需要控制和削减的主要物质之一。高浓度多氯联苯废物的处理在世界范围内已经取得很大进展，但是处理后残留在活性炭吸附塔中的低浓度多氯联苯仍然存在环境安全隐患，利用金属处置多氯联苯已有研究，在本研究中，通过浸渍法和离子交换法制备过渡金属/活性炭催化剂用于PCB-153的分解，在氮气气氛中，不同温度条件下离子交换型镍、铜催化剂催化降解PCB-153的效率达到99%以上，通过分析反应前后/催化剂表面的变化，残余PCB-153在活性炭和气相的分布，PCB-153分解后的产物得到如下结论：①离子交换型过渡金属/活性炭催化剂不仅金属负载量高于浸渍型过渡金属/活性炭催化剂，而且金属在催化剂中的分布也优于后者，但是其表面面积却远低于后者；②不同过渡金属对多氯联苯降解的催化活性强弱顺序为：Ni > Cu > Zn > Fe；③多氯联苯的催化降解是一个吸附—反应—解吸的过程；④Ni、Cu和Fe反应前后发生化学变化，作为电子供体促进了多氯联苯的降解，而Zn反应前后变化不明显，因此其活性低于其他金属；○5PCB-153的脱氯容易顺序为: para > meta > ortho, LUMO-HOMO轨道能量差值的计算分析结果验证了此结论。