CN102351302B

CN102351302B - 纳米氧化铜催化降解水中苯酚的方法

Info

Publication number: CN102351302B
Application number: CN 201110273291
Authority: CN
Inventors: 陈伟; 李光文; 刘爱林; 冯叶彬; 陈蔚达; 洪磊
Original assignee: Fujian Medical University
Current assignee: Fujian Medical University
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: CN102351302A

Abstract

本发明公开一种纳米氧化铜催化降解水中苯酚的方法，其特征是在含有苯酚的水溶液中加入纳米氧化铜催化剂和过氧化氢，室温下反应，微孔滤膜分离出催化剂，获得苯酚降解了的处理水。对含量为0.1g/L~2g/L的苯酚废水，室温反应20~120min，苯酚降解率达到80%-100%。

Description

纳米氧化铜催化降解水中苯酚的方法

技术领域

本发明涉及纳米氧化铜催化降解水中苯酚的方法，属于水处理技术领域。

背景技术

苯酚是一种重要的化工原料，被广泛用于树脂、尼龙、增塑剂、抗氧化剂、聚酯、药物、杀虫剂、炸药、染料和汽油添加剂等许多商品的生产中，而这些生产活动中都不可避免会产生各种含酚废水。

苯酚为高毒类原浆毒物，能使蛋白质发生变质和沉淀，对各种细胞有直接损害。对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，能使人的神经系统、肝脏、肾脏等受损。长期饮用被酚类化合物污染的水源，会出现头痛、头晕、疲劳、失眠、耳鸣、白细胞下降、贫血及记忆衰退等慢性中毒症状，严重者可引起蛋白尿。而且酚类化合物还会抑制水中微生物的生长速度，影响水体的生态平衡。因此，如何有效地处理含苯酚废水是环境污染控制与治理领域的一个具有普遍意义的问题。

本发明基于纳米氧化铜的催化特性，提供了一种快速降解水中苯酚的方法。

发明内容

本发明的目的在于基于纳米氧化铜的催化特性，提供了一种纳米氧化铜催化过氧化氢快速降解水中苯酚的新方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

（一）纳米氧化铜的制备：

取硝酸铜溶液和冰醋酸加入到装有冷凝管的三颈瓶中，搅拌加热至沸腾，快速加入氢氧化钠溶液，加完后，继续搅拌5分钟，得到黑色氧化铜沉淀。将反应得到的黑色氧化铜沉淀离心，用无水乙醇洗涤，减压干燥，即得纳米氧化铜粉体。将纳米氧化铜粉体分散于二次蒸馏水中得到棕色纳米氧化铜分散溶液。

（二）纳米氧化铜用于催化降解水中含有的苯酚：

在反应容器中，分别加入含量为0.1 g/L~2 g/L苯酚水溶液和纳米氧化铜催化剂，含有0.1 g/L~2 g/L的苯酚的污水其质量与纳米氧化铜催化剂的质量比为200:（1~5）；再加入过氧化氢，至使所加入的过氧化氢终浓度为0.05~0.4 mol/L；室温反应20~120 min，微孔滤膜分离出纳米氧化铜催化剂，获得苯酚在污水中降解率达到80%-100%的苯酚降解处理水。

由上述技术方案可知，本发明所述的纳米氧化铜具有催化降解苯酚的功能，可用于苯酚废水的快速处理。

本发明的有益效果是：本发明所述的纳米氧化铜制备工艺简单，粒径小，水中的分散稳定性好，催化能力强。可催化过氧化氢快速降解水中的苯酚，可用于含酚废水的处理，苯酚在污水中的降解率达到80%-100%。而且纳米氧化铜催化剂用量较少，经试验，含有0.1 g/L~2 g/L的苯酚的污水其质量与纳米氧化铜催化剂的质量比为200:（1~5），而且纳米氧化铜催化剂通过微孔滤膜分离可以重复使用。

附图说明

图1为本发明的纳米氧化铜催化降解苯酚过程反应体系的高效液相色谱图。

图2为本发明的溶液pH值对纳米氧化铜降解苯酚过程的影响图。

图3为本发明的纳米氧化铜浓度对降解苯酚过程的影响图。

图4为本发明的过氧化氢浓度对降解苯酚过程的影响图。

具体实施方式

下述实施例的%指重量百分比。本发明所述的室温为25±5℃，下述的实施例是在25℃下完成的。

实施例1：

在反应容器中，加入含量为0.1 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应25 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到100%。

实施例2：

在反应容器中，加入含量为0.25 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到98%。

实施例3：

在反应容器中，加入含量为0.25 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.05 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到81%。

实施例4：

在反应容器中，加入含量为0.25 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.05 mol/L；室温反应65 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到97%。

实施例5：

在反应容器中，加入含量为0.5 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到91%。

实施例6：

在反应容器中，加入含量为0.5 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应65 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到99%。

实施例7：

在反应容器中，加入含量为1 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到80%。

实施例8：

在反应容器中，加入含量为1 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应65 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到93%。

实施例9：

在反应容器中，加入含量为2 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.2 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到80%。

实施例10：

在反应容器中，加入含量为2 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.4 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率达到91%。

实施例11：

在反应容器中，加入含量为0.25 g/L苯酚水溶液500 ml，纳米氧化铜催化剂25 mg，调节pH分别为2-13，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率如下所示。

实施例12：

在反应容器中，加入含量为0.25 g/L苯酚水溶液500 ml，分别加入纳米氧化铜催化剂0-25 mg，再加入过氧化氢至终浓度为0.1 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率如下表所示。

Figure 2011102732918100002DEST_PATH_IMAGE002

实施例13：

在反应容器中，加入含量为0.25 g/L苯酚水溶液500 ml，分别加入纳米氧化铜催化剂25 mg，再加入过氧化氢至终浓度分别为0-0.1 mol/L；室温反应35 min，微孔滤膜分离出催化剂。苯酚污水降解率如下表所示。

从上述实施例1-10任一个反应所进行的纳米氧化铜催化降解苯酚过程反应体系的高效液相色谱试验获得如图1所示的结果，从图1的纳米氧化铜催化降解苯酚过程反应体系的高效液相色谱图可知，随着苯酚降解反应的发生，苯酚的含量快速下降，首先生成的是对苯二酚和邻苯二酚，从图1的图谱可知随后这两种中间产物进一步被氧化降解生成小分子有机酸，最后有机酸逐渐减少直至检测不出并伴有二氧化碳气体放出，说明最终降解生成二氧化碳。

上述实施例11为溶液pH值对纳米氧化铜催化降解苯酚的影响的实验，从图2的含有苯酚的溶液pH值对纳米氧化铜降解苯酚过程的影响可知，反应体系中的苯酚降解率随着pH值的变化而不同， pH值在3~7时反应体系中苯酚的降解率最高，pH值大于7时，随着pH值的增大苯酚的降解率逐渐降低。当pH值低于2时，纳米氧化铜开始分解为铜离子，此时的苯酚降解率显著下降。

上述实施例12为纳米氧化铜用量对纳米氧化铜催化降解苯酚的影响的实验，如图3所示在没有纳米氧化铜存在时，苯酚难以降解，而纳米氧化铜对于过氧化氢存在下的苯酚降解具有明显的催化作用。当纳米氧化铜浓度达到0.03-0.05 mg/ml时，即可实现苯酚的快速完全降解。

上述实施例13为纳米氧化铜用量对纳米氧化铜催化降解苯酚的影响的实验，如图4所示苯酚降解率随着H₂O₂浓度的增加而增加，当H₂O₂浓度达到60~100 mmol/L时，苯酚降解率可在35分钟内达到90%以上。在无H₂O₂存在时，苯酚几乎不发生降解。

Claims

1.一种纳米氧化铜催化降解水中苯酚的方法，其特征是在含有苯酚的水溶液中加入纳米氧化铜催化剂和过氧化氢，室温下反应，微孔滤膜分离出催化剂，获得苯酚降解了的处理水；所述的纳米氧化铜催化剂采用如下步骤制备的：取硝酸铜溶液和冰醋酸加入到装有冷凝管的三颈瓶中，搅拌加热至沸腾，快速加入氢氧化钠溶液，加完后，继续搅拌5分钟，得到黑色氧化铜沉淀；将反应得到的黑色氧化铜沉淀离心，用无水乙醇洗涤，减压干燥，即得纳米氧化铜粉体；含有苯酚的水溶液pH值为3~7；所处理的含有苯酚的水溶液中的苯酚浓度为0.1 g/L~2 g/L；含有苯酚的水溶液中的苯酚质量与纳米氧化铜催化剂质量比为200:1~200:5;在含有苯酚的水溶液中所加入的过氧化氢终浓度为0.05~0.4 mol/L;在室温下反应时间为20~120 min;在含有苯酚的水溶液中加入纳米氧化铜催化剂和过氧化氢反应后其苯酚降解率达到80%-100%。