CN105753095B - 一种高效去除水中有机污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效去除水中有机污染物的方法，其将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为10:1‑20:1。该方法去除水中有机物效率高，无二次污染，其采用的催化剂活性大，稳定性好。
Description
技术领域：
本发明涉及水处理技术领域，具体的涉及一种高效去除水中有机污染物的方法。
背景技术：
芬顿反应使一种基于羟基自由基反应的高级氧化处理方法，用亚铁例子催化过氧化氢产生羟基自由基的芬顿反应是常见的高级氧化技术之一，但均相芬顿体系仍存在着一些不足，传统的芬顿反应会造成铁离子的流失，会对水造成二次污染；催化剂也无法回收，过氧化氢用量大，处理成本高。为解决上述技术问题，通常将催化性能最强的铁离子负载到不同的载体上，在保持其催化活性同时获得固-液分离能力，避免二次污染。但是该负载过程复杂，得到的催化剂的催化活性不好，有机污染物去除率低。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高效去除水中有机污染物的方法，该方法有机污染物去除速率高，且去除率高，无二次污染。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为10:1-20:1。
作为上述技术方案的优选，所述电芬顿反应用活性碳纤维、石墨、碳纤维毡作为阴极，用SnO2/Ti、PbO2/Ti作为阳极。
作为上述技术方案的优选，所述还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯和去离子水混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声1.5-2.5h，然后加入Ce(NO3)3·6H2O、FeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1-1.5h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入KBH4溶液进行反应，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述加入的Ce(NO3)3·6H2O、FeSO4·7H2O与氧化石墨烯的物质的量比1:20:2.5-1:10:1.25。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述反应的温度为21±1℃，反应时间为60-120min。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述加入的KBH4溶液与铁、铈离子混合溶液的体积比为1:1-2.5:1，浓度比为5-8:1。
作为上述技术方案的优选，所述还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的用量为0.5-1g/L。
作为上述技术方案的优选，所述紫外光的光源为低压汞灯或中压汞灯。
本发明具有以下有益效果：
本发明采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料作为催化剂，其在双氧水存在下可以与废水中的有害污染物反应，进而将有害污染物去除，Ce的加入使催化剂表面吸附的氧含量增加，可以促进产生大量的活性自由基，从而提高纳米零价铁的催化活性，，大大提高了有机污染物的去除率；
本发明提供的方法工艺简单，对设备要求低，成本低，且无二次污染，在处理废水中难生物降解有害污染物领域有着广阔的应用前景。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为10:1；
其中，还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将1.25mol氧化石墨烯和100ml去离子水混合搅拌均匀，在500W的功率下超声1.5h，然后加入1molCe(NO3)3·6H2O、10molFeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入100ml 0.2molKBH4溶液进行反应，反应的温度为21±1℃，反应时间为60min，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料；
有机物去除的具体过程为：
用该方法去除450ml酸性红B浓度为200mg/L的溶液中的有机污染物，溶液初始pH值为3，极板面积为27cm2，电解质浓度为0.05M Na2SO4，氧气流速100ml/min，反应时间为360min。分别为阳极氧化(阴极为钛钌网电极)，活性炭纤维吸附(不通电)，电芬顿氧化和光电芬顿氧化处理酸性红溶液，处理后TOC的去除率为88％。
实施例2
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为20:1；
其中，还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将2.5mol氧化石墨烯和100ml去离子水混合搅拌均匀，在1000W的功率下超声2.5h，然后加入1molCe(NO3)3·6H2O、20molFeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1.5h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入100ml 0.2molKBH4溶液进行反应，反应的温度为21±1℃，反应时间为120min，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料；
有机物去除的具体过程为：
用该方法去除450ml酸性红B浓度为200mg/L的溶液中的有机污染物，溶液初始pH值为3，极板面积为27cm2，电解质浓度为0.05M Na2SO4，氧气流速100ml/min，反应时间为360min。分别为阳极氧化(阴极为钛钌网电极)，活性炭纤维吸附(不通电)，电芬顿氧化和光电芬顿氧化处理酸性红溶液，处理后TOC的去除率为99.5％。
实施例3
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为12:1；
其中，还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将1.45mol氧化石墨烯和100ml去离子水混合搅拌均匀，在600W的功率下超声1.7h，然后加入1molCe(NO3)3·6H2O、12molFeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1.1h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入100ml 0.2molKBH4溶液进行反应，反应的温度为21±1℃，反应时间为70min，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料；
有机物去除的具体过程为：
用该方法去除450ml酸性红B浓度为200mg/L的溶液中的有机污染物，溶液初始pH值为3，极板面积为27cm2，电解质浓度为0.05M Na2SO4，氧气流速100ml/min，反应时间为360min。分别为阳极氧化(阴极为钛钌网电极)，活性炭纤维吸附(不通电)，电芬顿氧化和光电芬顿氧化处理酸性红溶液，处理后TOC的去除率为92％。
实施例4
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为14:1；
其中，还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将1.65mol氧化石墨烯和100ml去离子水混合搅拌均匀，在700W的功率下超声1.9h，然后加入1molCe(NO3)3·6H2O、14molFeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1.2h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入100ml 0.2molKBH4溶液进行反应，反应的温度为21±1℃，反应时间为80min，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料；
有机物去除的具体过程为：
用该方法去除450ml酸性红B浓度为200mg/L的溶液中的有机污染物，溶液初始pH值为3，极板面积为27cm2，电解质浓度为0.05M Na2SO4，氧气流速100ml/min，反应时间为360min。分别为阳极氧化(阴极为钛钌网电极)，活性炭纤维吸附(不通电)，电芬顿氧化和光电芬顿氧化处理酸性红溶液，处理后TOC的去除率为94％。
实施例5
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为16:1；
其中，还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将1.85mol氧化石墨烯和100ml去离子水混合搅拌均匀，在800W的功率下超声2.1h，然后加入1molCe(NO3)3·6H2O、16molFeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1.3h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入100ml 0.2molKBH4溶液进行反应，反应的温度为21±1℃，反应时间为90min，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料；
有机物去除的具体过程为：
用该方法去除450ml酸性红B浓度为200mg/L的溶液中的有机污染物，溶液初始pH值为3，极板面积为27cm2，电解质浓度为0.05M Na2SO4，氧气流速100ml/min，反应时间为360min。分别为阳极氧化(阴极为钛钌网电极)，活性炭纤维吸附(不通电)，电芬顿氧化和光电芬顿氧化处理酸性红溶液，处理后TOC的去除率为95.5％。
实施例6
一种高效去除水中有机污染物的方法，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为18:1；
其中，还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)将2.25mol氧化石墨烯和100ml去离子水混合搅拌均匀，在900W的功率下超声2.3h，然后加入1molCe(NO3)3·6H2O、18molFeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1.4h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入100ml 0.2molKBH4溶液进行反应，反应的温度为21±1℃，反应时间为100min，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料；
有机物去除的具体过程为：
用该方法去除450ml酸性红B浓度为200mg/L的溶液中的有机污染物，溶液初始pH值为3，极板面积为27cm2，电解质浓度为0.05M Na2SO4，氧气流速100ml/min，反应时间为360min。分别为阳极氧化(阴极为钛钌网电极)，活性炭纤维吸附(不通电)，电芬顿氧化和光电芬顿氧化处理酸性红溶液，处理后TOC的去除率为96.8％。
Claims (7)
1.一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，将紫外光引入电芬顿反应中，水中溶解氧在碳阴极表面还原产生过氧化氢，水中的催化剂采用还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料，其中，还原性石墨烯上纳米零价铁和零价铈的负载比为10:1-20:1；
其中，所述还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氧化石墨烯和去离子水混合搅拌均匀，在500-1000W的功率下超声1.5-2.5h，然后加入Ce(NO3)3·6H2O、FeSO4·7H2O，形成混合溶液，最后在氩气气氛保护下机械搅拌1-1.5h，使混合溶液处于无氧状态；
(2)在上述混合溶液中加入KBH4溶液进行反应，反应过程中持续鼓入氩气，使反应在无氧状态下进行，反应结束后，将生成的沉淀洗涤并真空干燥后获得还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料。
2.如权利要求1所述的一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述电芬顿反应用活性碳纤维、石墨、碳纤维毡作为阴极，用SnO2/Ti、PbO2/Ti作为阳极。
3.如权利要求1所述的一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述加入的Ce(NO3)3·6H2O、FeSO4·7H2O与氧化石墨烯的物质的量比1:20:2.5-1:10:1.25。
4.如权利要求1所述的一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应的温度为21±1℃，反应时间为60-120min。
5.如权利要求1所述的一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述加入的KBH4溶液与铁、铈离子混合溶液的体积比为1:1-2.5:1，浓度比为5-8:1。
6.如权利要求1所述的一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述还原性石墨烯负载纳米零价铈/零价铁复合材料的用量为0.5-1g/L。
7.如权利要求1所述的一种高效去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述紫外光的光源为低压汞灯或中压汞灯。
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