CN103058353A - 一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本明是一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，其特点是，包括将纳米级金属氧化物负载在聚偏氟乙烯膜中，所述纳米级金属氧化物占聚偏氟乙烯膜的质量比在0.5-2%之间；在泡点压力10-60kPa下，臭氧由聚偏氟乙烯膜内腔通入，通过纳米级金属氧化物负载的催化剂的聚偏氟乙烯膜分开气液两相流体，产生的强氧化自由基与壳程中的污染物发生高级氧化反应，实现水中污染物的去除。纳米级金属氧化物为纳米级二氧化钛、纳米级三氧化二铁、纳米级三氧化二铝、纳米级二氧化锰、纳米级氧化铜、纳米级氧化镍和纳米级四氧化三钴中的任意一种。适用于饮用水深度处理，具有污染物去除效率好、臭氧利用率高、水处理成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，是一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法。
背景技术
随着我国非点源水污染问题的日益突出，水中有机污染物对人类健康影响越来越大。传统的给水处理工艺无法从根本上彻底去除水中的复杂稳定的有机物，因而寻求经济高效、环境友好的给水处理工艺，成为目前给水处理亟待解决的问题。近年来，随着高级氧化技术(AOP)发展，臭氧凭借其强的氧化能力备受关注。然而单独使用臭氧氧化工艺存在着臭氧利用率低、氧化能力不足、水中溶解度低、对有机物降解具有选择性等问题。有相关报道表明，使用催化剂可促进水中的臭氧分解，从而提高臭氧的利用率；并且在臭氧被催化分解的过程中，可产生大量具有强氧化性的羟基自由基，可更大程度的矿化水中的有机污染物质。因此，近年来以固态金属、金属氧化物、活性炭或负载在载体上的金属或金属氧化物作为催化剂的异相催化臭氧氧化技术弥补了单独臭氧工艺技术的缺陷，与单独臭氧氧化工艺相比，异相催化臭氧化技术提高了对水中有机物和氨氮的去除率和臭氧利用率，然而催化剂的沉积和流失问题仍需进一步解决。迄今，未见有关纳米级金属氧化物负载在聚偏氟乙烯膜中，即膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法的文献报道和实际应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于饮用水深度处理，具有污染物去除效率好、臭氧利用率高的膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，其特征是，它包括将纳米级金属氧化物负载在聚偏氟乙烯膜中，所述纳米级金属氧化物占聚偏氟乙烯膜的质量比在0.5-2%之间；在泡点压力10-60kPa下，臭氧由聚偏氟乙烯膜内腔通入，通过纳米级金属氧化物负载的催化剂的聚偏氟乙烯膜分开气液两相流体，产生的强氧化自由基与壳程中的污染物发生高级氧化反应，实现水中污染物的去除。
所述纳米级金属氧化物为纳米级二氧化钛、纳米级三氧化二铁、纳米级三氧化二铝、纳米级二氧化锰、纳米级氧化铜、纳米级氧化镍和纳米级四氧化三钴中的任意一种。
本发明的有益效果体现在：
1.纳米金属催化剂在水中形成水化表面，表面的配位不饱和离子具有得电子趋势，属于Lewis酸性物质；臭氧具有给电子趋势，是一种Lewis碱，溶于水中的臭氧与纳米催化剂表面的羟基官能团发生配位交换作用，通过电子传递产生·OH，·OH扩散到膜表面，与水中污染物发生氧化作用，实现有机物的高效降解；
2.通过负载金属氧化物为催化剂的膜分开气液两相流体，为催化臭氧化反应提供稳定的接触面积，催化剂引发或促进臭氧分解的链式反应，提高羟基自由基数量，强化氧化效果，以实现饮用水深度处理，对水中污染物的高效去除；
3.本发明通过控制膜腔内臭氧压力可实现臭氧以分子形态在膜内渗透，更容易实现催化剂对臭氧的催化作用，而且臭氧在无泡状态下进入系统，可最大程度提高臭氧利用率，降低水处理成本。
具体实施方式
下面对本发明的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法做进一步描述。
本发明的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，包括将纳米级金属氧化物负载在聚偏氟乙烯膜中，所述纳米级金属氧化物占聚偏氟乙烯膜的质量比在0.5-2%之间；在泡点压力10-60kPa下，臭氧由聚偏氟乙烯膜内腔通入，通过纳米级金属氧化物负载的催化剂的聚偏氟乙烯膜分开气液两相流体，产生的强氧化自由基与壳程中的污染物发生高级氧化反应，实现水中污染物的去除。
所述纳米级金属氧化物为纳米级二氧化钛、纳米级三氧化二铁、纳米级三氧化二铝、纳米级二氧化锰、纳米级氧化铜、纳米级氧化镍和纳米级四氧化三钴中的任意一种。纳米级为3-10nm。
实施例1：实施例1的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级二氧化钛，纳米级二氧化钛质量为0.05 kg，聚偏氟乙烯膜质量为10 kg，臭氧泡点压力为50 kPa。
实施例2：实施例2的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级三氧化二铁，纳米级三氧化二铁质量为0.07 kg，聚偏氟乙烯膜的质量为10 kg；臭氧泡点压力为30 kPa。
实施例3：实施例3的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级三氧化二铝，纳米级三氧化二铝质量为0.09 kg，聚偏氟乙烯膜的质量为10 kg；臭氧泡点压力为60 kPa。
实施例4：实施例4的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级二氧化锰，纳米级二氧化锰质量为0.11 kg，聚偏氟乙烯膜的质量为10 kg；臭氧泡点压力为40kPa。
实施例5：实施例5的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级氧化铜，纳米级氧化铜质量为0.13 kg，聚偏氟乙烯膜的质量为10 kg；臭氧泡点压力为35 kPa。
实施例6：实施例6的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级氧化镍，纳米级氧化镍质量为0.16 kg，聚偏氟乙烯膜的质量为10 kg；臭氧泡点压力为20 kPa。
实施例7：实施例7的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，所述金属氧化物为纳米级四氧化三钴，纳米级四氧化三钴质量为0.2 kg，聚偏氟乙烯膜的质量为10 kg；臭氧泡点压力为10 kPa。
本发明所用的聚偏氟乙烯和金属氧化物易得，均为市售产品，聚偏氟乙烯又称PVDF上海东氟化工科技有限公司、株洲宏大高分子材料有限公司等公司均生产。
本发明具体实施方式仅为有限的实施例，本领域技术人员不经过创造性劳动的复制和改进仍属于本发明权利要求保护的范围。
Claims (2)
1.一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，其特征是，它包括将纳米级金属氧化物负载在聚偏氟乙烯膜中，所述纳米级金属氧化物占聚偏氟乙烯膜的质量比在0.5-2%之间；在泡点压力10-60kPa下，臭氧由聚偏氟乙烯膜内腔通入，通过纳米级金属氧化物负载的催化剂，聚偏氟乙烯膜分开气液两相流体，产生的强氧化自由基与壳程中的污染物发生高级氧化反应，实现水中污染物的去除。
2.根据权利要求1所述的一种膜法催化臭氧化去除水中污染物的方法，其特征是，所述纳米级金属氧化物为纳米级二氧化钛、纳米级三氧化二铁、纳米级三氧化二铝、纳米级二氧化锰、纳米级氧化铜、纳米级氧化镍和纳米级四氧化三钴中的任意一种。
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