Page 180 - 《精细化工》2022年第4期

·816· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

文制得产物的吸附能力更强，有助于提高对 TCE 的 与乙烷合并计算。图 6 中纵坐标 P t 为 Fe/C 复合材
降解速率和去除效果。另外，与 Fe/C-pH2 相比， 料处理 TCE 96 h 所得的最终产物量，P 为反应过程
Fe/C-pH10 的比表面积和总孔容均减小。这是因为 中的即时产物量。
pH 为 10 时，制得 Fe/C 复合材料中的 nZVI 含量增
加，有可能阻塞介孔所致。
2.1.5 粒径分析
根据 2.1.1 节的 XRD 谱图数据，使用拜德-谢勒
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方程估计不同 pH 下制得 Fe/C 复合材料中 Fe 的平
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均粒径，结果见图 5。如图 5 所示，Fe 粒径随 pH
的增大而增大。从 pH 2 时的 25 nm 左右增加到 pH 10
时的 50 nm 左右。这是因为，随着 pH 的增大，产
物中 Fe(OH) 3 胶体越来越多，蔗糖所占比例减少，
蔗糖具有抑制颗粒生长的特性 [29] ，所以，pH 越大，
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产物中 Fe 粒径越大。另外，球磨后 Fe/C-pH10-Q a—Fe/C-pH2；b—Fe/C-pH4；c—Fe/C-pH6；d—Fe/C-pH8；e—
Fe/C-pH10
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中 Fe 粒径约为 50 nm，与 Fe/C-pH10 中 Fe 粒径相 图 6 产物生成总量随时间的变化
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似。表明球磨对 Fe 粒径几乎没有影响。考虑到 Fig. 6 Change of formation total amount of products with time

Fe(OH) 3 胶体倾向于沉淀，因此还研究了结晶反应初
从图 6 可以看出，随着 pH 的增大，产物的总
始溶液的稳定性，结果证实，初始溶液在至少 6 h
生成速率逐渐增大，生成总量也逐渐增多。产物生
的反应时间内是稳定的。
成总量逐渐增大的原因为，在保证加入反应体系中
的 nZVI 质量相同的情况下，随着 pH 的增大，产物
中生物炭含量逐渐减小。又由于产物比表面积的大小
顺序为 Fe/C-pH2>Fe/C-pH4>Fe/C-pH6>Fe/C-pH8>
Fe/C-pH10，所以随着 pH 的增大，复合材料提供的
吸附位点逐渐减少，吸附能力减小，导致检测到的
乙烷和乙烯总量增大。
乙烷和乙烯总生成速率逐渐增大的原因为：（1）
不同 pH 下制得 Fe/C 复合材料的粒径可能会对 TCE

的降解产生影响；（2）在降解体系中 nZVI 质量相
a—Fe/C-pH2；b—Fe/C-pH4；c—Fe/C-pH6；d—Fe/C-pH8；e—
Fe/C-pH10；f—Fe/C-pH10-Q 同的情况下，pH 越小制得产物的比表面积越大，吸
图 5 Fe/C 复合材料中 nZVI 粒径比较 附位点越多，导致被吸附的 TCE 可能接触不到
Fig. 5 Comparison of particle sizes of nZVI in Fe/C composites nZVI；（3）在降解体系中 nZVI 质量相同的情况下，
pH 越小制得产物中生物炭的含量越多，吸附乙烷和
2.2 Fe/C 复合材料对 TCE 的降解性能
乙烯的能力越强，所以检测到的乙烷和乙烯的生成
nZVI 的强还原性可导致 TCE 脱氯，反应式如
速率越小。
下所示：
4Fe  0 C HCl  5H   4Fe +C H  2 3Cl  （1） 另外，对气相产物进行分析发现，具有剧毒性
2 3 2 6 的副产物二氯乙烷和氯乙烯没有被检测到。这可能
在复合材料对 TCE 的降解过程中，为了分别考
是由于副产物极少，而且具有强吸附能力的生物炭
察生物炭的吸附作用和 nZVI 的反应活性，在确保
将微量副产物封存在介孔碳中所致 [30] 。
nZVI 质量（80 mg）相同的情况下进行降解实验，
2.2.2 氯离子的定量分析
对 Fe/C 复合材料的吸附性能和反应性能进行了综
合评价。 经测试得出，所制备的 Fe/C 复合材料尽管对
2.2.1 产物（乙烷、乙烯）的定量检测 TCE 有很强的吸附能力，但对溶液中的氯离子没有
对不同 pH 下制得 Fe/C 复合材料降解 TCE 生成 吸附能力。因此，本文通过检测氯离子的生成量来
的气相产物进行顶空进样分析，气相产物生成总量 判断降解反应进行的程度。
随反应时间变化情况如图 6 所示。正如 1.5 节所述， 氯离子浓度随反应时间的变化情况如图 7 所
产物以乙烷为主。尽管产物中有少量乙烯，但在现 示。由反应方程式（1）可知，根据 1.4 节中 TCE 的
有气相色谱条件下，两者的峰很难分开，故将乙烯 加入量，氯离子的理论生成量为 891 mg/L。