一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法与流程

1.本发明属于环境工程技术领域，具体涉及到小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法。


背景技术：

2.随着我国工业的快速发展，大量的有机污染物排放到环境中，对水体造成了严重的污染。这些有机污染物具有生物累积性，会引起很强的毒理效应及生态危害，严重威胁到人类的身体健康。因此，开发一种高效的有机污染物去除方法是非常必要的。
3.物理法、生物法和普通的化学法无法有效的去除有机污染物，高级氧化法由于其氧化能力强，矿化程度高，处理效果好而受到广泛关注。其中，芬顿工艺是其中最常见的处理技术。但由于反应ph范围窄，双氧水利用率不高，反应过程fe
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再生速度缓慢、药剂投加量大等因素限制了芬顿反应效率及其进一步应用。为了克服传统芬顿反应的瓶颈，类芬顿工艺得到了很好的发展。
4.零价铁作为常见的类芬顿催化剂，价廉易得，具有环境友好性，ph适用范围广，不易产生铁泥，成为类芬顿工艺的重点研究目标。但零价铁类芬顿反应效率低仍然不能满足实际应用，其受到fe
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/fe
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循环速率低的限制。提高零价铁类芬顿反应体系中fe
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/fe
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循环速率可促进反应的发生，加快反应效率，同时也可避免造成药剂投加量大、能耗高、二次污染的问题。
5.加入常见的螯合剂次氮基三乙酸、乙二胺四乙酸和乙二胺-n，n
′‑
二琥珀酸可与fe
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和fe
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形成络合物，而fe
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与螯合剂的络合可降低fe
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/fe
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的氧化还原电位，从而加快fe
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的再生速度。但这些螯合剂存在安全性的问题。光或电场的引入也可加速fe
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的再生，但这种改进的方法需要复杂的设备或额外的能量输入。而添加还原剂羟胺、金属硫化物等，虽然其操作简单，具有强还原性，可加速fe
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/fe
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的循环，但也存在一些不可忽视的缺点，如羟胺的不可回收性和毒性、金属硫化物中的重金属溶解造成的二次污染。抗坏血酸作为还原剂和络合剂无毒无害、环境友好且来源丰富，其可将fe
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还原为fe
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。此外，抗坏血酸可与fe
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和fe
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形成络合物，不易产生铁泥，扩大ph的适用范围。


技术实现要素：

6.为克服芬顿反应中h2o2利用效率低、药剂投加量大、易产生大量铁泥、ph适用范围窄的缺点，本发明目的在于提供一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法。
7.本发明目的通过下述方案实现：一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法，包括以下步骤：（1）选取粒径为10~100μm的还原性铁粉（或称为零价铁）；（2）配制浓度为100mmol/l抗坏血酸母液；（3）配制浓度为100mmol/l双氧水母液；
（4）调节污染物的原水ph值为3.0~9.0；（5）将还原性铁粉和抗坏血酸母液、双氧水母液加入到含污染物的原水中，其中，零价铁与抗坏血酸投加摩尔比为1~5；零价铁与双氧水投加摩尔比为0.1~4；（6）启动搅拌器进行降解反应。
8.本发明可克服芬顿反应中h2o2利用效率低、药剂投加量大、易产生大量铁泥、ph适用范围窄的缺点，同时，本发明也可解决fe0/h2o2类芬顿体系催化效率低，去除能力有限的问题。本发明通过加入小分子酸抗坏血酸可加速铁循环，促进fe
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的再生和fe
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的还原，减少铁泥的产生，促进了fe
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和h2o2的反应，提高了对h2o2的利用率，从而产生更多的羟基自由基，实现对目标污染物的快速去除。
9.进一步的，所述零价铁为商业零价铁，粒径为10μm~100μm。
10.进一步的，所述原水中的磺胺二甲基嘧啶的浓度为2~10mg/l。
11.进一步的，所述搅拌器的转速为100~400r/min；搅拌反应时间为10~60min。
12.本发明的技术原理：本发明通过利用小分子酸强化零价铁活化双氧水对有机污染物进行去除。零价铁在溶液中释放出的fe
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与加入的双氧水发生芬顿反应生成fe
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和羟基自由基，抗坏血酸将生成的fe
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迅速还原成fe
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，促进体系的芬顿反应，产生更多的羟基自由基。同时零价铁也会直接和双氧水发生非均相催化反应，生成羟基自由基。生成的羟基自由基可快速对水中的磺胺二甲基嘧啶进行去除。
13.本发明具有如下优点和效果：（1）添加抗坏血酸，可有效促进反应体系中fe
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/fe
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的循环速率，避免反应过程fe
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累积，促进fe
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的再生，增强反应速率和去除率。
14.（2）在相同条件下，添加抗坏血酸比没有添加抗坏血酸对磺胺二甲基嘧啶的降解效果好，其去除效率有明显的提升，且运行过程中ph值可以扩充到弱碱性条件，突破传统芬顿法ph窄的瓶颈问题。
15.（3）抗坏血酸可以络合溶液中fe
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/fe
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，解决了芬顿反应易产生铁泥的问题，同时抗坏血酸可络合零价铁表面的fe(ii)和fe(iii)，克服了零价铁在反应过程易钝化的缺点，可提高零价铁的催化性能和可重复利用性能。
16.（4）本发明使用的材料价廉易得，具有环境友好性，技术简单，易于操作，具有经济性。
附图说明
17.图1为实施例1不同体系对磺胺二甲基嘧啶去除的效果图；图2为实施例2对不同浓度磺胺二甲基嘧啶去除的效果图；图3为实施例3不同浓度抗坏血酸对磺胺二甲基嘧啶去除的效果图；图4为实施例4不同浓度零价铁对磺胺二甲基嘧啶去除的效果图。
具体实施方式
18.下面通过具体实施例来详细说明本发明内容，所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
19.实施例1：一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法，包括以下步骤：（1）选取粒径为10~100μm的还原性铁粉，称取2mmol/l还原性铁粉；（2）配制浓度为100mmol/l抗坏血酸母液；（3）配制浓度为100mmol/l双氧水母液；（4）调节500ml的10mg/l磺胺二甲基嘧啶原水ph值为7.0；（5）将2mmol/l还原性铁粉、抗坏血酸母液和双氧水母液投加到步骤（4）的原水中，抗坏血酸的最终浓度(投加数次抗坏血酸母液后原水中抗坏血酸的浓度)为2mmol/l，双氧水的最终浓度（投加双氧水母液后水中双氧水的浓度）为2mmol/l；（6）启动搅拌器以350r/min的转速进行搅拌反应60min进行降解反应，对原水中磺胺二甲基嘧啶进行降解去除。
20.如图1所示，原水中1）只加零价铁、2）只加双氧水、3）只加抗坏血酸、4）不加抗坏血酸、5）不加双氧水、6）不加零价铁与本实施例7）三者全加的体系对磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为2%、2%、3%、5%、3%和63.3%、90.2%。即本发明体系原水污染物去除率达90.2%。
21.实施例2一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法，按以下步骤：（1）称选取粒径为10~100μm的还原性铁粉2mmol/l；（2）配制浓度为100mmol/l抗坏血酸母液；（3）配制浓度为100mmol/l双氧水母液；（4）分别调节500ml的2mg/l、5mg/l、10mg/l磺胺二甲基嘧啶原水ph至7.0；（5）将2mmol/l还原性铁粉和抗坏血酸母液分别投加到上述的原水中，抗坏血酸的最终浓度(投加次抗坏血酸母液后水中抗坏血酸的浓度)为2mmol/l，双氧水的最终浓度（投加双氧水母液后水中双氧水的浓度）为2mmol/l；（6）启动搅拌器以350r/min的转速进行搅拌反应60min，对水中磺胺二甲基嘧啶进行降解去除。
22.如图2所示，对2mg/l、5mg/l、10mg/l原水的磺胺二甲基嘧啶去除率分别为96.8%、93.5%、90.2%。
23.实施例3一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法，按以下步骤：（1）称选取粒径为10~100μm的还原性铁粉2mmol/l；（2）配制浓度为100mmol/l抗坏血酸母液；（3）配制浓度为100mmol/l双氧水母液；（4）调节500ml的10mg/l的磺胺二甲基嘧啶原水ph至7.0；（5）将2mmol/l还原性铁粉、抗坏血酸母液和双氧水母液投入步骤（4）的原水中，使抗坏血酸的最终浓度(投加次抗坏血酸母液后水中抗坏血酸的浓度)分别为0.5mmol/l、1mmol/l、2mmol/l、3mmol/l，双氧水的最终浓度（投加双氧水母液后水中双氧水的浓度）为2mmol/l；（6）开启搅拌器以350r/min的转速进行搅拌反应60min，对水中磺胺二甲基嘧啶进行降解去除。
24.如图3所示，分别加入0.5mmol/l、1mmol/l、2mmol/l、3mmol/l的抗坏血酸对磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为75.2%、80.4%、90.2%、86.5%。即抗坏血酸终浓度对本发明体系的污染物去除有效，但2mmol/l效果更佳。
25.实施例4：一种小分子酸强化零价铁活化双氧水去除有机污染物的方法，按以下步骤：（1）称选取粒径为10~100μm的还原性铁粉2mmol/l；（2）配制浓度为100mmol/l抗坏血酸母液；（3）配制浓度为100mmol/l双氧水母液；（4）调节500ml的10mg/l的磺胺二甲基嘧啶的原水ph至7.0；（5）将0.25mmol/l、0.5mmol/l、1mmol/l、2mmol/l、4mmol/l还原性铁粉、抗坏血酸母液、双氧水母液分别投加到步骤（4）的原水中，抗坏血酸的最终浓度(投加次抗坏血酸母液后水中抗坏血酸的浓度)为2mmol/l，双氧水的最终浓度（投加双氧水母液后水中双氧水的浓度）为2mmol/l；（6）开启搅拌器以350r/min的转速进行搅拌反应60min，对水中磺胺二甲基嘧啶进行降解去除。
26.如图4所示，分别加入0.25mmol/l、0.5mmol/l、1mmol/l、2mmol/l、4mmol/l的零价铁对磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为70%、80.8%、87.5%、90.2%、78.8%。即零价铁的加入量对本发明体系的污染物去除有效，但2mmol/l效果更佳。