CN109019821A - 一种催化氧化处理邻苯二甲酸酯废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废水处理领域,公开了一种催化氧化处理邻苯二甲酸酯废水的方法。该方法先制备海胆状CoCu双金属催化剂,按质量体积比(0.2‑0.3)g:100mL将海胆状CoCu双金属催化剂加入到浓度为1500‑3000μg/L的邻苯二甲酸酯废水中,然后按每升废水加入20~30mM的量加入Na2S2O8,常温条件下震荡反应2‑4h。本发明的CoCu双金属材料通过Co和Cu之间的协同作用,有效降解PAEs废水,对浓度为20mg/L的PAEs废水降解率最高可达91.3%。制备简单、方便,且整个工艺运行简单高效、容易实施、氧化效率高、去除效果好。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域,特别涉及一种催化氧化处理邻苯二甲酸酯废水的方法。
背景技术
邻苯二甲酸酯(PAEs)是一种应用广泛的人工合成有机物,主要作为增塑剂和软化剂被使用在塑料、汽车、润滑剂和农药等行业。PAEs是一种环境激素,可以积累在人体内,模拟雌激素的作用干扰人体分泌系统。PAEs污染水体会对环境中的微生物群落产生影响,破坏生态系统,美国已将邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等列为环境优先监测污染物。PAEs在环境中的降解速率缓慢,生物降解效果不明显,常见的处理方法有生物降解、萃取、活性炭吸附和高级氧化等。其中,高级氧化法具有效果好、无二次污染等优点。
过硫酸盐(PS)是一类无色或白色的结晶颗粒,可溶于水,无臭,具有较好稳定性的酸性氧化剂。PS的O-O键能为140kJ/mol,氧化还原电位为2.01V,属于强氧化剂。PS溶于水会生成过硫酸根离子(S2O8 2-),其在常温下的氧化能力相对较弱,对有机污染物的降解能力十分有限。一般通过外加能源或催化剂(如光辐射、热、微波辐射以及过渡金属催化)活化PS分解产生有强氧化性的硫酸根自由基(SO4·-),去降解难降解的有机污染物。
双金属材料因其独特的结构和优良的催化性能而具有较大的发展前景,在近几年的研究中逐渐成为热点,其可代替传统的价格昂贵的贵金属催化,并获得稳定且高效的催化性能。
中国发明“一种降低水中邻苯二甲酸酯含量的方法”(申请号CN201610423579.1)公开了一种降低水中邻苯二甲酸酯含量的方法,即向待处理的水中投加氯化物和过硫酸盐然后辐射紫外光,该方法能有效降低水中邻苯二甲酸酯的含量,但需要废水中有高浓度的氯离子和紫外光辐射,相比于加催化剂,该方法能耗高且引起高盐度的二次污染。“一种高效处理含高浓度邻苯二甲酸二丁酯有机废水的工艺”(申请号CN201510341072.7)公开了一种利用“铁碳微电解+芬顿氧化+好氧”组合技术处理含高浓度邻苯二甲酸二丁酯废水的方法,但该方法需要反复调节pH值而且反应时间很长。“一种微波诱导负载型活性炭催化过硫酸盐处理邻苯二甲酸酯废水的方法”(申请号201510935061.1)公开了一种利用微波、负载型活性炭与过硫酸盐协同作用降解邻苯二甲酸酯的方法,但该方法能耗大。
发明内容
为了克服现有技术中存在的传统高级氧化法氧化剂投加量大、对pH值要求高、能耗高等缺点和不足,本发明的目的在于提供一种催化氧化处理邻苯二甲酸酯废水的方法;该方法通过采用海胆状CoCu双金属材料作为催化剂,催化过硫酸盐处理邻苯二甲酸酯,简单、高效、无二次污染,在常温和中性pH条件下能达到较好的邻苯二甲酸酯去除效果。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种催化氧化处理邻苯二甲酸酯废水的方法,包括以下步骤:
(1)海胆状CoCu双金属催化剂的制备:
将葡萄糖溶解在去离子水中,置于150-200℃马弗炉中反应20-26h;反应后得到黑褐色固体,洗涤、离心,放到烘箱50-80℃干燥10-14h,得到碳球模板;按质量体积比1g:(75~100)mL将碳球模板加入质量百分浓度10%的H2O2溶液中,置于50-80℃油浴锅中加热2-3h,所得固体用去离子水洗涤、离心,50-80℃烘干,得到改性碳球模板;
按质量体积比1g:(200~400)mL将改性碳球模板加入去离子水中,搅拌1-2h,得到改性碳球溶液;往100ml改性碳球溶液分别依次加入1.5~3mmolCoCl2·6H2O、1.5~3mmolCuCl2·2H2O和2-3g尿素,超声0.5-1h,搅拌0.5-1h,最后将混合溶液置于100-150℃高压水热釜反应4-8h;用去离子水和乙醇洗涤,50-80℃干燥10-14h,置于管式炉中500-600℃焙烧4-8h,得到海胆状CoCu双金属催化剂;
(2)邻苯二甲酸酯废水的催化氧化处理:
按质量体积比(0.2-0.3)g:100mL将步骤(1)所得海胆状CoCu双金属催化剂加入到浓度为1500-3000μg/L的邻苯二甲酸酯废水中,然后按每升废水加入20~30mM的量加入Na2S2O8,常温条件下震荡反应2-4h,催化氧化处理完成。
本发明将CoCu双金属材料加入邻苯二甲酸酯废水中,作为催化剂活化PS,使其分解产生硫酸根自由基(SO4·-),其机理如下:
CoII+S2O8 2-→CoIII+SO4·-+SO4 2-
CuI+S2O8 2-→CuII+SO4·-+SO4 2-
CuII+S2O8 2-→CuIII+SO4·-
并且本发明催化过程中钴铜离子之间存在协同作用,进一步促进对PS的活化作用。
与现有技术相比,本发明具有以下优点及有益效果:
(1)本发明设计出了有海胆结构的CoCu双金属材料,具有非常大的比表面积和众多的吸附位点,能高效地吸附水中的PAEs,然后逐渐催化降解矿化PAEs。
(2)本发明的CoCu双金属材料通过Co和Cu之间的协同作用,催化PS产生SO4·-(CoII+S2O8 2-→CoIII+SO4·-+SO4 2-,CuI+S2O8 2-→CuII+SO4·-+SO4 2-,CuII+S2O8 2-→CuIII+SO4·-),有效降解PAEs废水,对浓度为20mg/L的PAEs废水降解率最高可达91.3%。
(3)本发明的CoCu双金属制备简单、方便,且整个工艺运行简单高效、容易实施、氧化效率高、去除效果好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1:
(1)将12g葡萄糖溶解在60ml去离子水中,置于170℃马弗炉中反应20h;反应后得到黑褐色固体,用去离子水和乙醇洗涤、离心,放到烘箱50℃干燥14h,得到碳球模板;接着把2g碳球模板加入装有150ml质量百分浓度10%的H2O2溶液的三口烧瓶中,置于60℃油浴锅中加热2h,得到固体,用去离子水洗涤、离心,60℃烘干,得到改性碳球模板。
(2)将0.2g改性碳球模板加入装有60ml去离子水的烧杯中,搅拌1h。然后加入1mmolCoCl2·6H2O和1mmolCuCl2·2H2O和1.6g尿素,超声0.5h,搅拌0.5h,最后将混合溶液置于150ml高压水热釜中,120℃水热反应6h;用去离子水和乙醇洗涤,60℃干燥12h;把干燥后的固体置于管式炉中550℃焙烧6h,得到海胆状CoCu双金属催化剂。
(3)每100ml浓度为2mg/L的DBP废水中投加0.1g CoCu双金属催化剂,再加入1mMNa2S2O8,常温条件下震荡反应2h。
(4)将处理后的DBP水样静置15min,取上清液测DBP浓度。DBP浓度由2mg/L下降到0.272mg/L,去除率为86.4%。
实施例2:
(1)将10g葡萄糖溶解在50ml去离子水中,置于马弗炉中150℃高温高压反应26h;反应后得到黑褐色固体,用去离子水和乙醇洗涤、离心,放到烘箱50℃干燥14h,得到碳球模板;接着把2g碳球模板加入装有200ml质量百分浓度10%的H2O2溶液的三口烧瓶中,置于80℃油浴锅中加热3h,得到固体用去离子水洗涤、离心,50℃烘干,得到改性碳球模板。
(2)将0.2g改性碳球模板加入含40ml去离子水的烧杯中,搅拌1h;然后加入1.2mmolCoCl2·6H2O和1.2mmolCuCl2·2H2O和1.6g尿素,超声0.5h,搅拌0.5h,最后将混合溶液置于150ml高压水热釜中,120℃水热反应6h;用去离子水和乙醇洗涤,60℃干燥12h;把干燥后的固体置于管式炉中550℃焙烧6h,得到海胆状CoCu双金属催化剂。
(3)每100ml浓度为2mg/L的DBP废水中投加0.1g CoCu双金属催化剂,再加入2mMNa2S2O8,常温条件下震荡反应2h。
(4)将处理后的DBP水样静置15min,取上清液测DBP浓度。DBP浓度由2mg/L下降到0.257mg/L,去除率为87.2%。
实施例3:
(1)将12g葡萄糖溶解在60ml去离子水中,置于150ml容量的聚四氟乙烯高压反应釜中,将其置于马弗炉中200℃高温高压反应20h;反应后得到黑褐色固体,用去离子水和乙醇洗涤、离心,放到烘箱80℃干燥10h,得到碳球模板;接着把2g碳球模板加入装有150ml质量百分浓度10%的H2O2溶液的三口烧瓶中,置于60℃油浴锅中加热2h,得到固体用去离子水洗涤、离心,80℃烘干,得到改性碳球模板。
(2)将0.2g改性碳球模板加入含80ml去离子水的烧杯中,搅拌2h;然后加入1mmolCoCl2·6H2O和1mmolCuCl2·2H2O和1.6g尿素,超声0.5h,搅拌1h,最后将混合溶液置于100℃水热反应8h;用去离子水和乙醇洗涤,50℃干燥14h;把干燥后的固体置于管式炉中500℃焙烧8h,得到海胆状CoCu双金属催化剂。
(3)每100ml浓度为2000μg/L的DBP废水中投加0.2g CoCu双金属催化剂,再加入2mM Na2S2O8,常温条件下震荡反应2h。
(4)将处理后的DBP水样静置15min,取上清液测DBP浓度;DBP浓度由2000μg/L下降到242μg/L,去除率为87.9%。
实施例4
(1)将12g葡萄糖溶解在60ml去离子水中,置于马弗炉中170℃高温高压反应24h;反应后得到黑褐色固体,用去离子水和乙醇洗涤、离心,放到烘箱60℃干燥12h,得到碳球模板;接着把2g碳球模板加入装有150ml质量百分浓度10%的H2O2溶液的三口烧瓶中,置于60℃油浴锅中加热2h,得到固体用去离子水洗涤、离心,60℃烘干,得到改性碳球模板。
(2)将0.2g改性碳球模板加入含80ml去离子水的烧杯中,搅拌1h;然后加入1.2mmolCoCl2·6H2O和1.2mmolCuCl2·2H2O和2.4g尿素,超声1h,搅拌0.5h,最后将混合溶液置于150℃水热反应4h;用去离子水和乙醇洗涤,80℃干燥10h;把干燥后的固体置于管式炉中600℃焙烧4h,得到海胆状CoCu双金属催化剂。
(3)每100ml浓度为3000μg/L的DEHP废水中投加0.3g CoCu双金属催化剂,再加入3mM Na2S2O8,在25℃常温条件下置于震荡器中回旋震荡反应4h。
(4)将处理后的DEHP水样静置15min,取上清液测DEHP浓度。DEHP浓度由3000μg/L下降到261μg/L,去除率为91.3%。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种催化氧化处理邻苯二甲酸酯废水的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)海胆状CoCu双金属催化剂的制备:
将葡萄糖溶解在去离子水中,置于150-200℃马弗炉中反应20-26h;反应后得到黑褐色固体,洗涤、离心,放到烘箱50-80℃干燥10-14h,得到碳球模板;按质量体积比1g:(75~100)mL将碳球模板加入质量百分浓度10%的H2O2溶液中,置于50-80℃油浴锅中加热2-3h,所得固体用去离子水洗涤、离心,50-80℃烘干,得到改性碳球模板;
按质量体积比1g:(200~400)mL将改性碳球模板加入去离子水中,搅拌1-2h,得到改性碳球溶液;往100ml改性碳球溶液分别依次加入1.5~3mmol CoCl2·6H2O、1.5~3mmolCuCl2·2H2O和2-3g尿素,超声0.5-1h,搅拌0.5-1h,最后将混合溶液置于100-150℃高压水热釜反应4-8h;用去离子水和乙醇洗涤,50-80℃干燥10-14h,置于管式炉中500-600℃焙烧4-8h,得到海胆状CoCu双金属催化剂;
(2)邻苯二甲酸酯废水的催化氧化处理:
按质量体积比(0.2-0.3)g:100mL将步骤(1)所得海胆状CoCu双金属催化剂加入到浓度为1500-3000μg/L的邻苯二甲酸酯废水中,然后按每升废水加入20~30mM的量加入Na2S2O8,常温条件下震荡反应2-4h,催化氧化处理完成。
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