公布日：2023.10.10
申請日：2023.06.02
分類號：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
本發明公開了一種通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，是在有機廢水中加入鈉或鉀的無機物，并通入CO2直至廢水pH值達到6~9；再加入過氧化氫原位生成氧化劑過氧碳酸氫鹽；然后在催化劑的催化活化作用下，過氧碳酸氫鹽分解生成多種活性氧物種，實現對水中有機污染物的氧化降解。本發明擺脫了傳統芬頓反應催化活化過氧化氫的反應路徑，且不受限于氧化態金屬催化劑緩慢的還原動力學和韋斯‑哈伯循環反應的制約；反應過程中沒有酸性體系要求，且反應過程不產生固廢，避免了過氧化氫無效分解嚴重，羥基自由基產率低等問題；在降解水中有機污染物的同時，具有很好的應用潛力。
權利要求書
1.通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，是在有機廢水中加入鈉或鉀的無機物，并通入CO2直至廢水pH值達到6~9；再加入過氧化氫，于25oC~60oC下攪拌反應5~10分鐘，原位生成氧化劑過氧碳酸氫鹽；然后加入催化劑，于25oC~60oC下，攪拌反應10~60分鐘；在催化劑的催化活化作用下，過氧碳酸氫鹽分解生成多種活性氧物種，實現對水中有機污染物的氧化降解。
2.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于：所述鈉或鉀的無機物為碳酸鈉、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.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于：所述鈉或鉀的無機物在有機廢水中的濃度為0.1mmol/L~10mol/L。
4.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于：所述鈉或鉀的無機物與過氧化氫的摩爾比為0.1:1~20:1。
5.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，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.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于：所述催化劑為負載型多相催化劑，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.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于：所述催化劑的加入量以其在有機廢水中的濃度為0.02g/L~2g/L計。
8.如權利要求1所述通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，其特征在于：所述有機污染物為抗生素、嗪草酮、苯酚、氯代苯酚、苯胺、偶氮染料、對羥基苯甲酸酯、鄰苯二甲酸酯、多環芳烴、聚乙烯醇。
發明內容
本發明的目的在于提供一種通過二氧化碳轉化的高級氧化體系降解廢水中有機污染物的方法，以克服現有技術中需要使用大量的酸和堿，產生大量鐵泥固廢，過氧化氫無效分解嚴重，羥基自由基產率低等問題。
為實現上述發明目的，本發明采用的具體技術方案為：在有機廢水中加入鈉或鉀的無機物，并通入CO2直至廢水pH值達到6~9；再加入過氧化氫，于25oC~60oC下攪拌反應5~10分鐘，原位生成氧化劑過氧碳酸氫鹽；然后加入催化劑，于25oC~60oC下，攪拌反應10~60分鐘；在催化劑的催化活化作用下，過氧碳酸氫鹽分解生成多種活性氧物種，實現對水中有機污染物的氧化降解。
所述鈉或鉀的無機物為碳酸鈉、氫氧化鈉、碳酸鉀或氫氧化鉀中的一種或兩種以上的組合；且鈉或鉀的無機物在有機廢水中的濃度為0.1mmol/L~10mol/L。
所述鈉或鉀的無機物與過氧化氫的摩爾比為0.1:1~20:1。
所述CO2、鈉或鉀的無機物和過氧化氫之間相互化學反應原位生成氧化劑過氧碳酸氫鹽的反應式如下式所示：
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；或為負載型多相催化劑，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廢水中的濃度為0.02g/L~2g/L計。
所述有機污染物為抗生素、嗪草酮、苯酚、氯代苯酚、苯胺、偶氮染料、對羥基苯甲酸酯、鄰苯二甲酸酯、多環芳烴、聚乙烯醇。
綜上所述，基于CO2化學轉化構建以原位生成的過氧碳酸氫鹽為氧化劑的新型高級氧化體系，通過催化活化過氧碳酸氫鹽產生羥基自由基、碳酸根自由基、超氧自由基和單線態氧等多種活性氧物種來完成對有機污染物氧化降解。本發明方法擺脫了傳統芬頓反應催化活化過氧化氫的反應路徑，因此反應過程中沒有酸性體系要求，并且不受限于氧化態金屬催化劑緩慢的還原動力學和韋斯-哈伯循環反應的制約；另外該方法操作簡單，原料反應條件溫和，反應過程不產生固廢，避免了過氧化氫無效分解嚴重，羥基自由基產率低等問題；在降解水中有機污染物的同時，還能實現CO2的轉化利用，因此，具有很好的應用潛力。
（發明人：孟旭;楊子寒;趙培慶）
