CN102173500B

CN102173500B - 一种活化分子氧的芬顿氧化水处理方法

Info

Publication number: CN102173500B
Application number: CN 201110045757
Authority: CN
Inventors: 张礼知; 艾智慧; 范艳; 贾法龙
Original assignee: Huazhong Normal University
Current assignee: Huazhong Normal University
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: CN102173500A

Abstract

本发明提出了一种活化分子氧的芬顿氧化水处理方法。将过渡金属离子、过渡金属、过渡金属氧化物作为活化分子氧催化剂产生羟基自由基，从而氧化去除废水中的有机物。与利用过氧化氢为氧源的芬顿水处理技术相比，活化分子氧的芬顿反应直接利用空气和氧气中的分子氧为氧源，氧源来源广泛，方便价廉，大大降低了水处理成本。本发明建立的活化分子氧的芬顿催化氧化水处理方法适用于各种有机废水处理，持久性好，效率高，环境友好，无二次污染，易于操作，符合实际水处理单元的需要，在环境污染治理领域有很大的应用潜力。

Description

一种活化分子氧的芬顿氧化水处理方法

技术领域

本发明涉及一种活化分子氧的芬顿氧化去除水中有机物的方法，属于水污染控制技术领域。

背景技术

芬顿氧化是一类广泛研究和应用的高级氧化技术，适用于酚类、芳胺类、芳烃类、农药及核废料等某些难治理的或对生物有毒性的工业废水的处理。芬顿试剂具有非常强的氧化能力是因为能催化产生羟基自由基(·OH)，·OH同其它氧化剂相比具有更强的氧化电极电位(2.8V)，比臭氧(O₃，2.07V)，和过氧化氢(过氧化氢，1.77V)分别高35％和59％，氧化能力仅次于氟；另外，·OH还具有高电负性(亲电性)，其电子亲和能为569.3KJ，容易进攻高电子云密度点，进而作为中间产物实现污染物的深度氧化分解O₃、过氧化氢、Cl₂、·O等强氧化剂中间产物，利用这些中间产物的强氧化性能将废水中的有机物完全氧化为CO₂和H₂O。

但传统的Fenton反应在大规模应用时存在着三个方面的限制：①必须在pH＜3的酸性介质中进行；②常规Fenton催化剂(Fe²⁺或Fe³⁺)在水溶液中的存在形式受到介质的酸碱度、总铁浓度、存放时间等因素的影响，其分离和反复利用面临许多困难；③尽管H₂O₂是一种方便清洁的氧源，但它存在着价格昂贵，稳定性差，利用率低的缺点以及储运等方面的限制。由此，多物化单元组合的Fenton技术如光-Fenton技术、电-Fenton技术、超声-Fenton技术、光电-Fenton技术等应运而生；同时，以零价铁及其复合物为代表的异相Fenton反应也能解决传统Fenton反应的不足，从而受到了国内外研究人员的关注。但目前的Fenton体系依然没有解决H₂O₂价格昂贵及利用率低的缺点。

目前尚未见到关于活化分子氧的芬顿氧化的文献及专利报道。国内仅仅有关于活化分子氧催化剂以及活化分子氧用于化工合成的相关专利。如CN1708579A公开了名称为“金属配位化合物作为用分子氧或空气进行氧化的催化剂的应用”的发明专利，该专利使用金属配位化合物作为活化分子氧催化剂用于洗涤、清洁、消毒、漂白过程；CN101302141公开了名称为“一种催化分子氧液相氧化苯直接合成苯酚的方法”的发明专利，该方法涉及一种直接合成苯酚的方法，它解决了现有直接合成苯酚的方法存在成本高和产率低的问题；CN101284774公开了名称为“直接采用分子氧催化氧化一步制备甘油酸的方法”的发明专利，该方法是提供直接采用分子氧催化氧化一步制备甘油酸的方法，以甘油为原料在氧气存在的条件下，在活性炭或石墨负载金属催化剂的作用下，间歇式一步反应制备获得甘油酸。

本发明提出了一种活化分子氧的芬顿氧化水处理的方法。将过渡金属离子、过渡金属、过渡金属氧化物作为活化分子氧催化剂产生羟基自由基，从而氧化去除废水中的有机物。与使用过氧化氢为氧源的芬顿水处理技术相比，活化分子氧的芬顿水处理技术更加成本低廉，绿色环保。本发明建立的活化分子氧的芬顿氧化水处理技术适用于各种有机废水处理，持久性好，效率高，环境友好，无二次污染，易于操作，符合实际水处理单元的需要，在环境污染治理领域有很大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于利用活化分子氧的芬顿氧化技术处理有机废水，即将过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物作为活化分子氧催化剂，产生强氧化性的羟基自由基，从而氧化去除废水中的有机物。与用过氧化氢为氧源的芬顿水处理技术相比，活化分子氧的芬顿水处理技术直接利用分子氧为氧源，环境友好，并且大大节约了芬顿水处理的运行成本。

本发明的具体方法如下：

一种去除水中有机污染物的活化分子氧的芬顿氧化方法，其特征在于，在含有有机污染物的水中添加过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂，同时通入空气或氧气，在室温下催化活化分子氧产生羟基自由基，具有高活性的羟基自由基和水中的有机污染物发生反应，从而降解有机污染物，达到净化水质的目的。

本发明的活化分子氧的芬顿氧化方法中，通过调节加入的过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂、溶解氧浓度及pH参数使芬顿反应持久进行并且与有机物充分反应，以达到最好的去除有机污染物效率。

本发明的活化分子氧的芬顿氧化方法中，所述的过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂在废水中的浓度为0.2～1g/L，空气或氧气通过曝气装置通入废水中，分子氧溶解在废水中浓度为0.5-2.0mg/L。

本发明的活化分子氧的芬顿氧化方法中，所述的过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂为硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铜、硫酸钴、硫酸镍、零价铁、三氧化二铁、四氧化三铁、羟基氧化铁、氧化铈、钴、四氧化三钴、镍、氧化镍或二氧化锰。

本发明的优点如下：

1.本发明提供的活化分子氧的芬顿氧化水处理方法与适用过氧化氢为氧源的分度水处理技术相比，直接利用空气或氧气中的氧分子为氧源，氧源来源广泛，成本低廉，经济性好。

2.本发明建立的活化分子氧的芬顿催化氧化水处理方法适用于各种有机废水处理，持久性好，效率高，环境友好，无二次污染。

3.各种参数容易控制，可根据需要随时条件反应参数。

4.操作方法简单，易于操作，符合实际水处理单元的需要。

附图说明

图1是本发明的活化分子氧的芬顿氧化处理有机废水的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：活化分子氧的芬顿氧化处理垃圾渗滤液

取垃圾渗滤液400mL，调节pH至6，COD为1835mg/L。在废水中通入空气，使水中溶解氧浓度为0.5mg/L，加入硫酸铁80mg，经过120分钟后，废水的COD为632mg/L，有机污染物的去除率约65％。

实施例2：活化分子氧的芬顿氧化处理垃圾渗滤液

取垃圾渗滤液400mL，调节pH至5，COD为1987mg/L。在废水中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.0mg/L，加入三氧化二铁200mg，经过120分钟后，废水的COD为598mg/L，有机污染物的去除率约70％。

实施例3：活化分子氧的芬顿氧化处理炸药废水

取絮凝后炸药废水400mL，pH＝5.5，COD为1530mg/L。在废水中通入氧气，使水中溶解氧浓度为1.2mg/L，加入硫酸铜300mg，经过120分钟后，废水的COD为543mg/L，有机污染物的去除率约65％。

实施例4：活化分子氧的芬顿氧化处理炸药废水

取絮凝后炸药废水400mL，pH＝6，COD为1610mg/L。在废水中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.4mg/L，加入硫酸钴400mg，经过120分钟后，废水的COD为812mg/L，有机污染物的去除率约50％。

实施例5：活化分子氧的芬顿催化氧化处理皮革废水

取皮革废水400mL，调节pH至2，COD为912mg/L。在废水中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.2mg/L，加入硫酸镍400mg，经过120分钟后，废水的COD为543mg/L，有机污染物的去除率约40％。

实施例6：活化分子氧的芬顿催化氧化处理皮革废水

取皮革废水400mL，调节pH至2，COD为1208mg/L。在废水中通入氧气，使水中溶解氧浓度为1.5mg/L，加入二氧化锰200mg，经过120分钟后，废水的COD为672mg/L，有机污染物的去除率约45％。

实施例7：活化分子氧的芬顿催化氧化处理印染废水

取印染废水400mL，调节pH至5，COD为793mg/L。在废水中通入空气，使水中溶解氧浓度为1.8mg/L，加入零价铁120mg，经过120分钟后，废水的COD为247mg/L，有机污染物的去除率约70％。

实施例8：活化分子氧的芬顿催化氧化处理印染废水

取印染废水400mL，调节pH至5，COD为745mg/L。在废水中通入氧气，使水中溶解氧浓度为2.0mg/L，加入四氧化三钴400mg，经过120分钟后，废水的COD为372mg/L，有机污染物的去除率约50％。

Claims

1. 一种去除水中有机污染物的活化分子氧的芬顿氧化方法，其特征在于，在含有有机污染物的水中添加过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂，同时通入空气或氧气，在室温下催化活化分子氧产生羟基自由基，具有高活性的羟基自由基和水中的有机污染物发生反应，从而降解有机污染物，达到净化水质的目的，其中所述的过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂在废水中的含量为0.2~1g/L，分子氧溶解在废水中浓度为0.5-2.0 mg/L；所述的空气或氧气是通过曝气装置通入废水中；所述的过渡金属离子、过渡金属或过渡金属氧化物催化剂为硫酸亚铁、硫酸铁、硫酸铜、硫酸钴、硫酸镍、零价铁、三氧化二铁、四氧化三铁、羟基氧化铁、氧化铈、钴、四氧化三钴、镍、氧化镍或二氧化锰。