CN103523898B

CN103523898B - 一种利用三价铁催化羟氨与pms反应去除水中污染物的方法

Info

Publication number: CN103523898B
Application number: CN201310533897.XA
Authority: CN
Inventors: 马军; 邹景; 张剑桥; 张翔; 谢鹏超
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-11-01
Also published as: CN103523898A

Abstract

一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法，涉及一种去除水中有机污染物的方法。本发明是要解决目前羟氨与PMS反应体系存在生成自由基速率慢，水中污染物去除率低的技术问题。本发明的方法为：用高氯酸将待处理水体的pH值调为2～7，然后向水体中加入羟氨、三价铁和PMS，在温度为15～40℃下均匀搅拌反应10～30min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法。本发明与不加入三价铁的羟氨和过一硫酸盐反应体系相比，生成自由基速率快，污染物的去除率可提高5～20倍。本发明适用于工业有机废水处理及地下水污染修复领域。

Description

一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法

技术领域

本发明涉及一种去除水中有机污染物的方法。

背景技术

近年来，伴随着经济的高速发展，我国的水环境受到较严重污染，其中地表河流及地下水体受到的污染尤其严重。据报道，我国90%城市地下水不同程度遭受有机和无机有害有毒污染物的污染，其中尤以持久性难降解有机物污染最为严重。在处理地表水及修复地下水体的方法主要有生物降解法、物理吸附法、化学沉淀法、化学还原法及高级氧化法。其中，高级氧化法由于其能产生高氧化活性的各类自由基，能提高有机污染物的可生物降解性或将其彻底矿化，具有修复速度快、修复效果好的特点而受到广泛运用。

PMS（过一硫酸盐）作为近年来水处理高级氧化法中迅速兴起的一种氧化剂，其常与二价钴离子发生类Fenton反应或者通过紫外辐射、微波辐射或超声空化而产生具有高氧化活性的羟基自由基及硫酸根自由基来氧化降解水中各类难生物降解的有机物污染物。上述这些利用PMS产生羟基自由基及硫酸根自由基降解有机物的方法，具有自由基产生速率快、有机污染物降解速度快的优点，但在实际应用中都遇到各类问题。比如采用紫外、微波及超声等活化方法固然可以绿色而快速的产生自由基，但其存在一次性投入成本高、运行费用高等不经济及适用范围窄的问题；采用二价钴离子与PMS发生类Fenton反应的方式来产生羟基自由基及硫酸根自由基处理水中有机污染物时，虽然具有降解速率快及适用pH范围广的优点，但二价钴离子本身作为一种毒性很强的金属并不太适合在水处理领域广泛应用。而采用羟氨来活化PMS时，存在自由基生成及有机物降解速率慢的缺点。

因此，目前羟氨与PMS反应体系存在生成自由基速率慢，水中污染物去除率低的问题。

发明内容

本发明是要解决目前羟氨与PMS反应体系存在生成自由基速率慢，水中污染物去除率低的技术问题，从而提供了一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法。

本发明的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将待处理水体的pH值调为2～7，然后向水体中加入羟氨、三价铁和PMS，在温度为15～40℃下均匀搅拌反应10～30min，即利用三价铁催化羟氨与PMS反应完成去除水中污染物的方法；其中，待处理水体中有机污染物、羟氨、三价铁和PMS的摩尔比为0.001～0.5∶0.1～10∶0.001～0.2∶1。

本发明包括以下有益效果：

1、本发明不需要额外进行紫外辐照、微波辐照、超声空化、外加电磁场及加热，只需要投加少量的三价铁就极大的提高羟氨与PMS反应生成自由基来降解水中污染物。

2、本发明具有简单易行，适用范围广，污染物去除效率高，羟氨和PMS利用率高，铁泥生成少，不必增加其他处理设备，一次性投入成本低，运行费用低及绿色安全的优点。

3、本发明与不加入三价铁的羟氨和过一硫酸盐反应体系相比，生成自由基速率快，污染物的去除率可提高5～20倍。

附图说明

图1为试验一锈去津的去除效果和不加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线图；其中，■为试验一锈去津的去除效果曲线；▲为不加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线；

图2为不同初始pH值时锈去津的去除效果曲线图；其中，■为加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线；▲为不加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将待处理水体的pH值调为2～7，然后向水体中加入羟氨、三价铁和PMS，在温度为15～40℃下均匀搅拌反应10～30min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，待处理水体中有机污染物、羟氨、三价铁和PMS的摩尔比为0.001～0.5∶0.1～10∶0.001～0.2∶1。

本实施方式包括以下有益效果：

1、本实施方式不需要额外进行紫外辐照、微波辐照、超声空化、外加电磁场及加热，只需要投加少量的三价铁就极大的提高羟氨与PMS反应生成自由基来降解水中污染物。

2、本实施方式具有简单易行，适用范围广，污染物去除效率高，羟氨和PMS利用率高，铁泥生成少，不必增加其他处理设备，一次性投入成本低，运行费用低及绿色安全的优点。

3、本实施方式与不加入三价铁的羟氨和过一硫酸盐反应体系相比，生成自由基速率快，污染物的去除率可提高5～20倍。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的羟氨为盐酸羟氨和硫酸羟氨中的一种或两种按任意比例混合。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的三价铁为硫酸铁和氯化铁中的一种或两种按任意比例混合。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的PMS为过一硫酸钾、过一硫酸铵、过一硫酸钠和过一硫酸钙中的一种或两种按任意比例混合。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：在温度为25℃下均匀搅拌反应15min。其它与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的待处理水体中有机污染物、羟氨、三价铁和PMS的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。其它与具体实施方式一至五相同。

通过以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为3，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

本试验锈去津的去除效果和不加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线图如图1所示；其中，■为试验一锈去津的去除效果曲线；▲为不加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线，从图1中可以看出，以氯化铁作为作为盐酸羟氨和过一硫酸钾反应的催化剂时，明显促进了反应中的自由基的生成及污染物的去除，随着时间的增长，锈去津的剩余越来越少，15min时，锈去津不到原有的20%，去除率较高。

试验二：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为2，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验三：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为2.5，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验四：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为4，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验五：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为5，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验六：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为6，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验七：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为6.5，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验八：本试验的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将污染物为锈去津的待处理水体的pH值调为7，然后向水体中加入盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾，在温度为25℃下均匀搅拌反应15min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，锈去津、盐酸羟氨、氯化铁和过一硫酸钾的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1。

试验一至试验八的不同初始pH值时锈去津的去除效果曲线图如图2所示；其中，■为加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线；▲为不加入三价铁时锈去津的去除效果的曲线，从图2可以看出，单独羟氨与过一硫酸钾反应体系中的锈去津去除率在pH2-7内基本不变，去除率均在4%左右；加入三价铁作为催化剂后，锈去津的去除率在pH2-3内先随初始pH的升高而升高，随后去除率在pH3-5时达到最高，最后去除率在pH5-7内随着pH的升高而降低；在相同pH下加入三价铁作为催化剂后锈去津去除率均远高于单独羟氨与过一硫酸钾反应体系，尤其在pH2～6.5内去除率提高了5～20倍。因此，本发明方法适用pH范围宽，非常适于对工业有机废水进行处理及地下水污染进行修复领域。

Claims

1.一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法，其特征在于利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法是按以下步骤进行：

用高氯酸将待处理水体的pH值调为2～7，然后向水体中加入羟氨、三价铁和PMS，在温度为15～40℃下均匀搅拌反应10～30min，即完成利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法；其中，待处理水体中有机污染物、羟氨、三价铁和PMS的摩尔比为0.025∶1∶0.1∶1；

所述的三价铁为硫酸铁和氯化铁中的一种或两种按任意比例混合。

2.根据权利要求1所述的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法，其特征在于所述的羟氨为盐酸羟氨和硫酸羟氨中的一种或两种按任意比例混合。

3.根据权利要求1所述的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法，其特征在于所述的PMS为过一硫酸钾、过一硫酸铵、过一硫酸钠和过一硫酸钙中的一种或两种按任意比例混合。

4.根据权利要求1所述的一种利用三价铁催化羟氨与PMS反应去除水中污染物的方法，其特征在于在温度为25℃下均匀搅拌反应15min。