CN108658210A - 一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法，所述方法如下：将微纳米气泡发生器的进水口和出水扩散器置于含有有机物的有机废水反应器中，打开微纳米气泡发生器，调节有机废水的pH和进气量，然后加入零价铁反应一段时间后，有机废水即得到净化；所述微纳米气泡发生器的进气量为0.3～0.6 mL/min，所述零价铁的尺寸为微米级别和/或纳米级别，所述废水的pH为2.0～8.5，所述反应时间为0.5～8 h，所述零价铁的用量为0.05～100 g/L，所述出水扩散器是气水混合扩散装置。本发明提供的方法可使普通的零价铁活性大大提高，通过微纳米气泡的增效作用可使ZVI应用于多种难降解有机废水如2‑氯苯酚或布洛芬的处理，其应用范围大大扩大。

Description

一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法
技术领域
本发明涉及水污染控制技术领域，具体地，涉及一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法。
背景技术
零价铁（ZVI）降解毒害有机物具有反应条件温和、安全、无二次污染等优点，已成为国内外学者研究的热点之一。ZVI不仅可以直接还原降解卤代型污有机污染物（式1），还可以通过活化空气中的分子氧形成类Fenton体系来氧化降解有机物（式2～5）。
Fe0 + RX+ H+ → Fe2+ + RH + X− （1）
Fe0 + O2 + 2H+ → Fe2+ + H2O2 （2）
Fe2+ + O2 → Fe3+ + •O2− （3）
Fe2+ + •O2− + 2H+ → Fe3+ + H2O2 （4）
Fe2+ + H2O2 +H+ → Fe3+ + H2O + •OH （5）
但是，普通ZVI在实际水处理过程中活性不高（ ( Fe2+/Fe)= -0.44V），对难降解的有机物如卤代芳香烃有机物、多数PPCPs等难以取得良好的降解效果。
为提高零价铁的活性，国内外学者开发了纳米零价铁（nZVI）和铁基双金属（Pd/Fe，Cu/Fe，Ni/Fe等），上述方法虽然能显著提高零价铁对污染物的去除效率，但在实际应用中仍然存在一些问题。例如，nZVI制备过程复杂，成本高，颗粒易团聚；双金属（Pd/Fe、Ni/Fe、Cu/Fe等）中的贵金属价格昂贵且容易脱落，且面临重金属二次污染的问题。因此，急需开发一种工艺简单、成本低且能显著增强零价铁活性的新方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法，本发明提供的方法可使普通的零价铁活性大大提高，通过微纳米气泡的增效作用可使ZVI应用于多种难降解有机废水如2-氯苯酚或布洛芬的处理，其应用范围大大扩大。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法，所述方法如下：
将微纳米气泡发生器的进水口和出水扩散器置于含有有机物的有机废水反应器中，打开微纳米气泡发生器，调节有机废水的pH和进气量，然后加入零价铁反应一段时间后，有机废水即得到净化。
本发明的原理主要是利用微纳米尺寸的O2更容易被ZVI活化的性质，来形成类Fenton体系，进行有机物的氧化降解。相比于普通气泡，微纳米气泡水中具有更高的溶解度，且在微纳米气泡破裂瞬间，由于气液界面消失的剧烈变化，界面上集聚化学能一下子释放出来，在铁的催化作用下生成H2O2、羟基自由基等强氧化性物质，实现对废水的净化作用。
发明人在实验过程中发现，微纳米气泡发生器的进气量会显著影响到零价铁的活性，从而影响到有机物的降解。当进气量过小时，其对零价铁去除有机物的增效作用不明显；当进气量过大时，产生的微小气泡容易合并成大气泡，不利于有机物的降解。因此，优选地，所述微纳米气泡发生器的进气量为0.3～0.6 mL/min，此时产生的气泡直径为10 nm～100 μm乳白色气泡。
在本发明中，所述有机废水可以为含有氯代有机物、药品或个人护理用品（PPCPs）的有机废水。
优选地，所述零价铁的尺寸为微米级别和/或纳米级别。
优选地，所述零价铁为铁粉和/或铁刨花。
优选地，所述废水的pH为2.0～8.5。
优选地，所述反应时间为0.5～8 h。
优选地，所述零价铁的用量为0.05～100 g/L。
优选地，所述出水扩散器是气水混合扩散装置，其原理是利用机械力的作用切割空气成小气泡。
优选地，所述有机物为氯代有机物或羧酸类有机物。
优选地，所述有机物为2-氯苯酚和/或布洛芬。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明所提供的用微纳米气泡强化零价铁去除有机污染物的方法使ZVI对污染物的去除速率大大提高，通过微纳米气泡的增效作用可使ZVI应用于多种难降解有机废水如氯酚、布洛芬的处理，其应用范围大大扩大。
（2）本发明所提供的用微纳米气泡强化零价铁去除有机污染物的方法简单，不需要额外投加其它化学试剂，反应易于控制和扩大，其成本仅为制备nZVI或者铁基双金属的1/5～1/3。
附图说明
图1为本发明实施例1中用微纳米气泡增强铁粉对2-氯苯酚的降解效果图；
图2为本发明实施例2中用微纳米气泡增强铁粉对布洛芬的降解效果图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法，所述方法如下：
首先，把微纳米气泡发生器的进水口和出水扩散器放入到含有200ppm 4-氯酚的反应器中；然后，打开微纳米气泡发生器，调节废水的pH至3.0，进气量为0.5mL/min；最后加入4g/L的ZVI（粒径10微米），反应2h后，2-CP的去除率为99%以上，TOC去除率为35%。而仅有零价铁或者仅有微纳米气泡发生器时，2-CP都基本难以去除（见图1）。
实施例2
一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法，所述方法如下：
首先，把微纳米气泡发生器的进水口和出水扩散器放入到含有50ppm 布洛芬的反应器中；然后，打开微纳米气泡发生器，调节废水的pH至6.0，进气量为0.45 mL/min；最后加入10g/L的ZVI（粒径10 nm），反应4h后，布洛芬的去除率为99%以上，TOC去除率为55%。而无微纳米气泡发生器时，布洛芬的去除率和TOC的降解仅为11.3%和5%（见图2）。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用微纳米气泡强化零价铁去除水中有机污染物的方法，其特征在于，所述方法如下：
将微纳米气泡发生器的进水口和出水扩散器置于含有有机物的有机废水反应器中，打开微纳米气泡发生器，调节有机废水的pH和进气量，然后加入零价铁反应一段时间后，有机废水即得到净化。
2. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述微纳米气泡发生器的进气量为0.3～0.6 mL/min。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述零价铁的尺寸为微米级别和/或纳米级别。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述零价铁为铁粉和/或铁刨花。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述废水的pH为2.0～8.5。
6. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述反应时间为0.5～8 h。
7. 根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述零价铁的用量为0.05～100 g/L。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述出水扩散器是气水混合扩散装置。
9.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述有机物为氯代有机物或羧酸类有机物。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，所述有机物为2-氯苯酚和/或布洛芬。
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