纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法与流程

本发明属于环境污染物降解，具体是一种纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法。

背景技术：

1、高铁酸盐(fe(vi),hfeo4-)是一种新兴活性氧化剂，可有效降解微污染物，如酚类衍生物、有机磷化合物、含硫和含氮物质、胺和离子液体。但由于fe(vi)自分解快，通常需要5～25倍甚至更多的fe(vi)才能完全消除有机污染物，高成本限制了fe(vi)氧化法在实际水处理中的推广。到目前为止，各种还原性活化剂(如s2o32-、nh2oh和h2o2)已被用于活化fe(vi)，但均相活化剂大都容易造成二次污染。对于多相催化剂，目前的研究重点主要集中在还原石墨烯、氧化石墨烯、富勒烯等碳质材料上，但碳质材料的生产成本较高，且制备过程会产生芳香烃等污染物。最近的研究已经发现了金属离子对fe(vi)具有良好的催化性，尤其以fe3+的活化能力最为显著，通过添加fe(iii)盐类原位生成具有活性的氢氧化铁改变fe(vi)氧化污染物的反应机制从而快速降解污染物，每次原位的盐类添加增加了fe(vi)活化成本，活化持久性有限，缺少可重复利用性。

2、五氯酚(pcp)是一种有机氯农药，被广泛用于杀菌剂、除草剂和木材防腐剂，是持久性有机污染物(pops)的一种，同时也被列为了优先污染物。pcp对水生生物乃至人类具有遗传和生殖毒性，但由于其化学结构中含有丰富的卤素，钝化其电子转移，导致了低的可降解性，因此pcp的去除一直是水体修复领域的焦点，同时作为模型化合物，其降解过程可以代表一系列卤代酚的去除，具有典型性。目前的研究中，用fe(vi)单独去处理水中的pcp，使用800μmol··l-1fe(vi)对72.7μmol··l-1pcp的降解率仅为80％，此研究中fe(vi)用量是pcp浓度的11倍。证明单独fe(vi)体系中氧化剂的利用率低下，对pcp的降解能力有限。如何开发一个水处理工艺，通过可回收的活化剂，在低浓度的fe(vi)用量下高效处理pcp等有机氯农药，是一个值得开发的领域。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，通过纳米α-fe2o3实现fe(vi)的活化，通过具有尺寸效应纳米级颗粒物替代添加的铁盐原位生成铁氧化物在fe(vi)溶液的活化角色，快速降解水体中微量的五氯苯酚，同时实现活化剂的循环利用。

2、为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

3、一种纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，所述方法为：

4、常温下，将高铁酸钾粉末溶解在硼砂或者磷酸氢二钾缓冲液中，配制fe(vi)溶液；将fe(vi)溶液加入含有卤代酚类化合物和高纯氧化铁的硼酸缓冲液中，搅拌反应进行降解。

5、作为上述技术方案的进一步改进：

6、优选地，所述方法具体步骤为：

7、步骤1，常温下，在去离子水中配制硼砂/磷酸氢二钾缓冲液的储备液，硼砂与磷酸氢二钾缓冲液混合后应ph范围在9～11，将k2feo4粉末溶解在硼砂/磷酸氢二钾缓冲液中，配制fe(vi)母液；

8、步骤2，将硼酸溶液和四硼酸钠溶液混合使得ph范围稳定在6～9，配制硼酸缓冲液，以硼元素为计量单位硼酸缓冲液浓度范围一般为10～20mol·l-1；低的fe(vi)溶液浓度可使用污染物浓度的2-10倍；将将步骤1中制得的fe(vi)溶液加入含pcp和α-fe2o3的硼酸缓冲液中，连续磁搅拌，得到降解后的溶液；

9、步骤3，取步骤2中降解后的溶液离心去除固体颗粒后，转移到容器瓶中进行高效液相色谱分析，检出目标污染物的剩余浓度。

10、优选地，所述硼砂或者磷酸氢二钾缓冲液的ph＝9.0。

11、优选地，所述硼砂浓度为0.1～2.0mol·l-1，磷酸氢二钾缓冲液浓度为0.5～10.0mol·l-1。

12、优选地，所述搅拌反应过程中ph值为7.0。

13、优选地，所述步骤2中，以硼元素为计量单位硼酸缓冲液浓度为10～20mol·l-1。

14、优选地，在降解完成之后，将溶液经过离心或者自然沉降得到α-fe2o3颗粒物沉淀，干燥后再循环利用。

15、本发明提供的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，与现有技术相比有以下优点：

16、(1)本发明的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，α-fe2o3纳米颗粒在活化fe(vi)的同时，兼具良好的可重复利用性，解决了寻常还原性活化剂难以回收的问题。

17、(2)本发明的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，活化过程中不会产生二次污染，具有绿色的水处理优势，其活化过程反应方程式如下：fe(vi)+fe(iii)(s)→fe(v)+fe(iv)，其中fe(v)/fe(iv)是增强pcp降解的活性物质，活性铁物种最终会转化为氧化铁附着在纳米α-fe2o3的表面，过程中没有新污染物形成防止了二次污染。

18、(3)本发明的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，fe(vi)/纳米α-fe2o3体系可以实现低浓度fe(vi)对pcp的高效降解，可以节约33.3％的高铁酸盐用量。

技术特征：

1.一种纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，所述方法为：常温下，将高铁酸钾粉末溶解在硼砂或者磷酸氢二钾缓冲液中，制备fe(vi)溶液；将fe(vi)溶液加入含有卤代酚类化合物和高纯氧化铁的硼酸缓冲液中，搅拌反应进行降解。

2.根据权利要求1所述的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，所述方法具体步骤为：

3.根据权利要求2所述的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述硼砂或者磷酸氢二钾缓冲液的ph＝9.0。

4.根据权利要求3所述的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，所述硼砂浓度为0.1～2.0mol·l-1，磷酸氢二钾缓冲液浓度为0.5～10.0mol·l-1。

5.根据权利要求2所述的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，所述步骤2中，所述搅拌反应过程中ph值为7.0。

6.根据权利要求2所述的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，所述步骤2中，以硼元素为计量单位硼酸缓冲液浓度为10～20mol·l-1。

7.根据权利要求2所述的纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，其特征在于，在降解完成之后，将溶液经过离心或者自然沉降得到α-fe2o3颗粒物沉淀，干燥后再循环利用。

技术总结
本发明公开了一种纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，所述方法为：常温下，将高铁酸钾粉末溶解在硼砂或者磷酸氢二钾缓冲液中，配制Fe(VI)溶液；将Fe(VI)溶液加入含有卤代酚类化合物和高纯氧化铁的硼酸缓冲液中，搅拌反应进行降解。本发明纳米高纯氧化铁活化低浓度高铁酸盐降解卤代酚类化合物的方法，通过纳米α‑Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;实现Fe(VI)的活化，通过具有尺寸效应纳米级颗粒物替代添加的铁盐原位生成铁氧化物在Fe(VI)溶液的活化角色，快速降解水体中微量的五氯苯酚，同时实现活化剂的循环利用。

技术研发人员：曲瑞娟,唐晓声,刘博颖,王书倩,张胜男,魏君妍,王遵尧
受保护的技术使用者：江苏长三角环境科学技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15