公布日：2023.10.10
申請(qǐng)日：2023.06.02
分類號(hào)：C02F1/66(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;B01D53/78(2006.01)I;B01D53/62(2006.01)I;C02F101/34(2006.01)N;C02F101/36(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N;
C02F101/32(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，是在有機(jī)廢水中加入鈉或鉀的無(wú)機(jī)物，并通入CO2直至廢水pH值達(dá)到6~9；再加入過(guò)氧化氫原位生成氧化劑過(guò)氧碳酸氫鹽；然后在催化劑的催化活化作用下，過(guò)氧碳酸氫鹽分解生成多種活性氧物種，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中有機(jī)污染物的氧化降解。本發(fā)明擺脫了傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)催化活化過(guò)氧化氫的反應(yīng)路徑，且不受限于氧化態(tài)金屬催化劑緩慢的還原動(dòng)力學(xué)和韋斯‑哈伯循環(huán)反應(yīng)的制約；反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有酸性體系要求，且反應(yīng)過(guò)程不產(chǎn)生固廢，避免了過(guò)氧化氫無(wú)效分解嚴(yán)重，羥基自由基產(chǎn)率低等問(wèn)題；在降解水中有機(jī)污染物的同時(shí)，具有很好的應(yīng)用潛力。
權(quán)利要求書
1.通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，是在有機(jī)廢水中加入鈉或鉀的無(wú)機(jī)物，并通入CO2直至廢水pH值達(dá)到6~9；再加入過(guò)氧化氫，于25oC~60oC下攪拌反應(yīng)5~10分鐘，原位生成氧化劑過(guò)氧碳酸氫鹽；然后加入催化劑，于25oC~60oC下，攪拌反應(yīng)10~60分鐘；在催化劑的催化活化作用下，過(guò)氧碳酸氫鹽分解生成多種活性氧物種，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中有機(jī)污染物的氧化降解。
2.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述鈉或鉀的無(wú)機(jī)物為碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀或氫氧化鉀中的一種或兩種以上的組合。
3.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述鈉或鉀的無(wú)機(jī)物在有機(jī)廢水中的濃度為0.1mmol/L~10mol/L。
4.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述鈉或鉀的無(wú)機(jī)物與過(guò)氧化氫的摩爾比為0.1:1~20:1。
5.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述催化劑為銅、鐵、鈷、錳和鎳的鹽類化合物中的一種或兩種以上的組合。
6.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述催化劑為負(fù)載型多相催化劑，其中載體材料為活性炭、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、多孔碳、碳化氮、碳納米管、水滑石、羥基磷灰石、分子篩、氧化鋁、二氧化硅和二氧化鈦中的一種或兩種以上的組合，負(fù)載催化組分為銅、鐵、鈷、錳和鎳的金屬或金屬氧化物中的一種或兩種以上的組合。
7.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述催化劑的加入量以其在有機(jī)廢水中的濃度為0.02g/L~2g/L計(jì)。
8.如權(quán)利要求1所述通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，其特征在于：所述有機(jī)污染物為抗生素、嗪草酮、苯酚、氯代苯酚、苯胺、偶氮染料、對(duì)羥基苯甲酸酯、鄰苯二甲酸酯、多環(huán)芳烴、聚乙烯醇。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)二氧化碳轉(zhuǎn)化的高級(jí)氧化體系降解廢水中有機(jī)污染物的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中需要使用大量的酸和堿，產(chǎn)生大量鐵泥固廢，過(guò)氧化氫無(wú)效分解嚴(yán)重，羥基自由基產(chǎn)率低等問(wèn)題。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案為：在有機(jī)廢水中加入鈉或鉀的無(wú)機(jī)物，并通入CO2直至廢水pH值達(dá)到6~9；再加入過(guò)氧化氫，于25oC~60oC下攪拌反應(yīng)5~10分鐘，原位生成氧化劑過(guò)氧碳酸氫鹽；然后加入催化劑，于25oC~60oC下，攪拌反應(yīng)10~60分鐘；在催化劑的催化活化作用下，過(guò)氧碳酸氫鹽分解生成多種活性氧物種，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中有機(jī)污染物的氧化降解。
所述鈉或鉀的無(wú)機(jī)物為碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀或氫氧化鉀中的一種或兩種以上的組合；且鈉或鉀的無(wú)機(jī)物在有機(jī)廢水中的濃度為0.1mmol/L~10mol/L。
所述鈉或鉀的無(wú)機(jī)物與過(guò)氧化氫的摩爾比為0.1:1~20:1。
所述CO2、鈉或鉀的無(wú)機(jī)物和過(guò)氧化氫之間相互化學(xué)反應(yīng)原位生成氧化劑過(guò)氧碳酸氫鹽的反應(yīng)式如下式所示：
所述催化劑為銅、鐵、鈷、錳和鎳的鹽類化合物中的一種或兩種以上的組合；或?yàn)樨?fù)載型多相催化劑，其中載體材料為活性炭、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、多孔碳、碳化氮、碳納米管、水滑石、羥基磷灰石、分子篩、氧化鋁、二氧化硅和二氧化鈦中的一種或兩種以上的組合，負(fù)載催化組分為銅、鐵、鈷、錳和鎳的金屬或金屬氧化物中的一種或兩種以上的組合。催化劑的加入量以其在有機(jī)廢水中的濃度為0.02g/L~2g/L計(jì)。
所述有機(jī)污染物為抗生素、嗪草酮、苯酚、氯代苯酚、苯胺、偶氮染料、對(duì)羥基苯甲酸酯、鄰苯二甲酸酯、多環(huán)芳烴、聚乙烯醇。
綜上所述，基于CO2化學(xué)轉(zhuǎn)化構(gòu)建以原位生成的過(guò)氧碳酸氫鹽為氧化劑的新型高級(jí)氧化體系，通過(guò)催化活化過(guò)氧碳酸氫鹽產(chǎn)生羥基自由基、碳酸根自由基、超氧自由基和單線態(tài)氧等多種活性氧物種來(lái)完成對(duì)有機(jī)污染物氧化降解。本發(fā)明方法擺脫了傳統(tǒng)芬頓反應(yīng)催化活化過(guò)氧化氫的反應(yīng)路徑，因此反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有酸性體系要求，并且不受限于氧化態(tài)金屬催化劑緩慢的還原動(dòng)力學(xué)和韋斯-哈伯循環(huán)反應(yīng)的制約；另外該方法操作簡(jiǎn)單，原料反應(yīng)條件溫和，反應(yīng)過(guò)程不產(chǎn)生固廢，避免了過(guò)氧化氫無(wú)效分解嚴(yán)重，羥基自由基產(chǎn)率低等問(wèn)題；在降解水中有機(jī)污染物的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)CO2的轉(zhuǎn)化利用，因此，具有很好的應(yīng)用潛力。
（發(fā)明人：孟旭;楊子寒;趙培慶）
