CN101759278B - 一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法，属于环境催化和水处理技术领域。本发明将纳米氧化锌作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中，促进苯酚类有机污染物的降解；提出了一种新型的臭氧化水处理方法，并给出纳米氧化锌催化剂的制备方法和使用方法。通过纳米氧化锌的添加，对含苯酚类废水中苯酚的降解具有显著的加快作用。纳米氧化锌具有尺度小、分散好、稳定性好的特点，在臭氧化水处理中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明提出一种纳米氧化锌作为催化剂、催化臭氧化降解水中有机污染物、从而消除污染的水处理方法，属于环境催化和水处理技术领域。
背景技术
芳香类污染物是工业废水中常见的污染物，是石油化工、化学、制药等行业中常见的排放物，具有毒性大、难降解等特点。近来，关于水中芳香类有机污染物的化学降解方法的研究引起了广泛关注。
催化臭氧化作为方便实用的高级氧化技术，在水处理中具有重要的应用前景。催化臭氧化可以分为均相催化和多相催化，前者是溶液体系中的离子发挥催化作用，而后者是依靠固体催化剂表面发挥催化作用。同均相催化相比较，多相催化的一个优势是避免了溶解的离子带来的二次污染，因为许多金属离子也是对环境有害的。为了提高臭氧化效率，人们开发了多种固体催化剂。然而从实际应用的角度来看，高效稳定的多相催化材料依然是比较少见的，开发活性高、性能稳定的臭氧化催化剂，对于提高催化臭氧化的实际应用价值是非常重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型、稳定的催化材料及其使用方法，以提高催化臭氧化的实用价值。
氧化锌是常见的催化材料，纳米氧化锌更有助于提高其分散性获得较好的催化效率，然而并未在臭氧化水处理中得到应用。本发明中，将纳米氧化锌作为臭氧化催化材料，研究了其制备方法与使用方法，取得了良好的效果。
本发明的技术方案：一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法，将纳米氧化锌作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中，促进苯酚类有机污染物的降解；步骤为：
(1)纳米氧化锌的制备：将七水合硫酸锌溶于去离子水中得到溶液A，浓度为0.05-0.5mol/L；将尿素溶于去离子水中得到溶液B，浓度为0.1-1mol/L；将溶液A、B与乙醇混合，控制七水合硫酸锌与尿素为等摩尔，控制溶液B与乙醇为等体积，混合溶液用氢氧化钠溶液调节pH 11，然后在反应釜中150-170℃下反应12小时，冷却后用去离子水反复洗涤白色沉淀，烘干得到产品纳米氧化锌材料；
(2)将纳米氧化锌作为催化剂加入到含苯酚类废水的臭氧化水处理体系中，体系中纳米氧化锌的质量与所处理污水的质量之比为0.001-0.05，臭氧化水处理温度为0-40℃；
(3)纳米氧化锌的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳米氧化锌分离出来，用于下一次的催化过程。
本发明的有益效果：采用上述纳米氧化锌作为催化剂后，在相同的臭氧投入量情况下，对污水中有机污染物的降解速率有所加快，矿化程度显著提高。具体提高程度与加入的纳米氧化锌催化剂的量以及反应条件(包括温度、搅拌速率、污染物浓度、臭氧投入量、水体pH等)有关。
与现有处理方法相比较，本发明提出的水处理方法具有显著的特点：
(1)纳米氧化锌颗粒尺度较小，在水中具有较好的分散性，这对于提高与水中污染物、臭氧的接触机会是非常关键的。正是因为如此优势，在使用中较小的投入量即可取得较好的催化效果。
(2)纳米氧化锌具有较好的机械强度，在催化臭氧化条件下显示了较好的稳定性，重复使用多次，催化效果能够得到较好的保持，这对于其实际应用是另一个关键因素。
附图说明
图1实施例1所得纳米氧化锌的XRD衍射图。
图2实施例2中随臭氧化时间苯酚浓度变化曲线，a线为单独臭氧化(无催化剂)，b线为纳米氧化锌催化臭氧化。
图3实施例3催化剂重复使用中，效果(以臭氧化60分钟后的苯酚残余浓度表示)随使用次数的变化曲线，a线为单独臭氧化(无催化剂)，b线为纳米氧化锌催化臭氧化。
图4实施例4中随臭氧化时间苯酚浓度变化曲线，a线为单独臭氧化(无催化剂)，b线为纳米氧化锌催化臭氧化。
图5实施例5中随臭氧化时间苯酚浓度变化曲线，a线为单独臭氧化(无催化剂)，b线为纳米氧化锌催化臭氧化。
具体实施方式
本发明以处理含苯酚水为例，来说明其催化效果与实施方式，但本发明的范围不限于此。
实施例1
称取2.87g(0.01mol)七水合硫酸锌溶于100mL去离子水，再称取0.61g(0.01mol)尿素溶于20mL去离子水，将上述溶液与20mL无水乙醇混合，混合溶液用5mol L-1的氢氧化钠溶液调节pH＝11，然后在反应釜中160℃下反应12小时，冷却后用去离子水反复洗涤白色沉淀，烘干得到产品为纳米氧化锌，其XRD衍射结果见图1。
实施例2
在200mL含苯酚初始浓度为100mg·L-1的模拟废水中，添加纳米氧化锌0.5g，开动搅拌，在反应温度25℃下通入臭氧流量0.55mg·min-1的臭氧，记录不同时间下苯酚的浓度。结果如图2所示，a线为单独臭氧化(无催化剂)，b线为纳米氧化锌催化臭氧化。表明纳米氧化锌的加入显著促进了苯酚的降解。
实施例3
在200mL含苯酚初始浓度为100mg·L-1的模拟废水中，添加纳米氧化锌1.0g，开动搅拌，在反应温度25℃下通入臭氧流量0.55mg·min-1的臭氧60分钟，记录苯酚的浓度。反应结束后，静置将氧化锌分离出，再投入200ml含苯酚初始浓度为100mg L-1的模拟废水中，在反应温度298K下通入臭氧流量0.55mgmin-1的臭氧60分钟，记录苯酚的浓度。如此的利用过程总共持续6次。结果如图3所示，表明纳米氧化锌的加入显著促进了苯酚的降解，并且在6次使用中催化活性保持较好的稳定性。
实施例4
在200mL含苯酚初始浓度为100mg·L-1的模拟废水中，添加纳米氧化锌0.5g，开动搅拌，在反应温度0℃下通入臭氧流量0.55mg·min-1的臭氧，记录不同时间下苯酚的浓度。结果如图4所示，表明纳米氧化锌的加入显著促进了苯酚的降解。
实施例5
在200mL含苯酚初始浓度为100mg·L-1的模拟废水中，添加纳米氧化锌0.5g，开动搅拌，在反应温度40℃下通入臭氧流量0.55mg·min-1的臭氧，记录不同时间下苯酚的浓度。结果如图5所示，表明纳米氧化锌的加入显著促进了苯酚的降解。
实施例6
称取1.43g(0.005mol)七水合硫酸锌溶于100mL去离子水，再称取0.30g(0.005mol)尿素溶于50mL去离子水，将上述溶液与50mL无水乙醇混合，混合溶液用5mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH＝11，然后在反应釜中150℃下反应12小时，冷却后用去离子水反复洗涤白色沉淀，烘干得到产品为纳米氧化锌。
实施例7
称取14.35g(0.05mol)七水合硫酸锌溶于100mL去离子水，再称取3.05g(0.05mol)尿素溶于50mL去离子水，将上述溶液与50mL无水乙醇混合，混合溶液用5mol·L-1的氢氧化钠溶液调节pH＝11，然后在反应釜中170℃下反应12小时，冷却后用去离子水反复洗涤白色沉淀，烘干得到产品为纳米氧化锌。
Claims (1)
1.一种以纳米氧化锌作为催化剂的臭氧化水处理方法，其特征在于将纳米氧化锌作为催化剂加入到含苯酚废水的臭氧化水处理体系中，促进苯酚有机污染物的降解；步骤为：
(1)纳米氧化锌的制备：将七水合硫酸锌溶于去离子水中得到溶液A，浓度为0.05-0.5mol/L；将尿素溶于去离子水中得到溶液B，浓度为0.1-1mol/L；将溶液A、B与乙醇混合，控制七水合硫酸锌与尿素为等摩尔，控制溶液B与乙醇为等体积，混合溶液用氢氧化钠溶液调节pH 11，然后在反应釜中150-170℃下反应12小时，冷却后用去离子水反复洗涤白色沉淀，烘干得到产品纳米氧化锌材料；
(2)将纳米氧化锌作为催化剂加入到含苯酚废水的臭氧化水处理体系中，体系中纳米氧化锌的质量与所处理污水的质量之比为0.001-0.05，臭氧化水处理温度为0-40℃；
(3)纳米氧化锌的回收：臭氧化处理完毕，通过静置、离心或过滤，将纳米氧化锌分离出来，用于下一次的催化过程。
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