CN109319879A - 一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于水体中有机物的降解技术领域,具体涉及一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,该方法利用准分子灯辐射紫外光来活化硫酸氢盐,生成SO4 ·和HO·,从而降解水中有机物。在紫外光照射作用下,活化后的过硫酸氢盐对有机物有较好的降解效果,该处理技术具有反应温和、降解效率高、无二次污染的特点,可用于水中有机污染物的降解处理。

Description

一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法
技术领域
本发明属于水体中有机物的降解技术领域,具体涉及一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法。
背景技术
近些年来,基于硫酸自由基(SO4 ·)的高级氧化技术在水处理领域受到了广泛的关注和研究。SO4 ·自由基的标准氧化还原电位E=2.5~3.1V,与HO·自由基接近,比大多数氧化剂氧化能力强。相对于HO·自由基,SO4 ·自由基的半衰期长达4s,比HO·自由基稳定时间更长,能够充分与反应目标接触,延长氧化反应时间,提升降解和矿化效果。
SO4 ·可以通过活化过硫酸氢盐(HSO5 )和过二硫酸盐(S2O8 2-)产生。与S2O8 2-相比,HSO5 的活化方式相对较少,HSO5 主要能够通过过渡金属离子和紫外光等方式活化产生。准分子光源是一种非相干性光源。所谓“准分子”是处于激发状态的双原子分子,但它并不能稳定存在,会辐射出光子,分解为原子回到基态。准分子光源的能量转换效率不如低压汞灯,所以,准分子光源一般都是作为特种紫外光源使用。如杀菌消毒、光敏材料的固化、光刻蚀、污染物的光催化降解、皮肤病的光照治疗等需要特定波长的紫外辐射场合。传统低压汞灯的254nm的辐射效率较高,可达40%以上,但汞会严重污染环境,汞灯的辐射波长只能固定不变。相对于传统光源,准分子光源辐射波长可选择范围广,所用的稀有气体或者卤素分子对环境影响很小,无辐射自吸收,辐射面积大,使用寿命长。因此,利用准分子光源辐射紫外光活化过硫酸氢盐降解水中有机物是一种有发展前景的污水处理技术。
发明内容
本发明主要提供了一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其利用准分子灯辐射紫外光活化过硫酸氢盐生成强氧化性的SO4 ·和HO·自由基,通过SO4 ·和HO·自由基氧化降解有机物。其技术方案如下:
一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,具体的为,将待处理废水加入准分子灯光化学反应容器中,加入过硫酸氢盐,打开准分子灯使准分子灯辐射紫外光,HSO5 在紫外光照射下产生SO4 ·和HO·(如下式所示),水中有机污染物在紫外光光解和自由基氧化分解的协同作用下完成降解。
HSO5 -+hv→SO4 -·+HO·
优选的,所述过硫酸氢盐为过硫酸氢钾复合盐(2KHSO5·KHSO4·K2SO4)。
优选的,所述准分子灯为KrCl准分子灯源,准分子灯光化学反应装置形态为圆柱式。
优选的,废水中投加过硫酸氢盐的浓度为0.4-5g/L。
优选的,废水的初始pH为3-13。
本发明是利用准分子灯辐射紫外光活化过硫酸氢盐产生SO4 ·和HO·自由基氧化降解废水中的有机污染物。准分子灯辐射紫外光波长可选择范围广,所用的稀有气体或者卤素分子对环境影响很小,无辐射自吸收,辐射面积大,使用寿命长。准分子灯发射出的紫外光能断开HSO5 中的O-O键,产生大量的强氧化性的SO4 ·和HO·自由基,与目标有机物发生氧化反应;另外,紫外光自身也能直接光解部分有机污染物;在两者协同作用下,高效地降解废水中的有机污染物。
采用上述方案,本发明具有以下优点:
(1)废水的初始pH为3-13,说明无论酸性还是碱性条件下,该方法都能有效地降解有机污染物;
(2)所投加的过硫酸氢盐为不对称结构,易于被活化生成硫酸自由基,而且无毒无味、容易溶解、运输方便、易于使用;
(3)本方法无需添加亚铁盐等活化剂,反应温和,操作简便,避免了铁盐二次污染。
具体实施方式
以下实施例中的实验方法如无特殊规定,均为常规方法,所涉及的实验试剂及材料如无特殊规定均为常规生化试剂和材料。
实施例1
本实施例比较了单独利用过硫酸氢盐、单独使用准分子灯、准分子灯活化过硫酸氢盐三种体系下水中苯胺的降解率。
室温下配置0.2mmol/L的苯胺模拟废水,倒入1000mL的光化学反应器中,投加一定量的过硫酸氢盐,搅拌均匀,溶液初始pH调节为3,开启准分子灯电源,电压75V,反应30min。
(1)单独利用过硫酸氢盐体系:不开启准分子灯,过硫酸氢盐的投加量为3.07g。
(2)单独准分子灯直接光解体系:开启准分子灯,不投加过硫酸氢盐。
(3)准分子灯活化过硫酸氢盐体系:开启准分子灯,投加1.96g过硫酸氢盐。
30min后各体系中苯胺的降解情况如下表1所示:
表1不同反应体系下苯胺的降解情况
降解条件 苯胺降解率(%)
单独利用过硫酸氢盐 12
单独准分子灯直接光解 18
准分子灯活化过硫酸氢盐 72
对比实验结果表明,单独使用过硫酸氢盐降解苯胺或者准分子灯直接光解苯胺的效果均不理想,而本发明建立的准分子灯辐射紫外光活化过硫酸氢盐降解苯胺的效果较好。
实施例2
本实例比较了不同初始pH下准分子灯活化过硫酸氢盐对水中苯胺的降解效果。
室温下配置0.2mmol/L的苯胺模拟废水,倒入1000mL的光化学反应器中,投加0.98g过硫酸氢盐,搅拌均匀,利用稀盐酸或氢氧化钠溶液调节溶液初始pH分别为3、5、7、9、11和13,开启准分子灯电源,电压75V。30min后苯胺降解情况如下表2所示:
表2不同pH下苯胺的降解情况
pH 苯胺降解率(%)
3 36
5 55
7 72
9 75
11 59
13 51
实验结果说明,酸性或碱性条件下,该体系对污染物均有一定的降解效果。pH在3~13内变化时,苯胺的降解率随着pH的增大,呈现先增加后下降的趋势,pH为7~9时,降解效果最好。
实施例3
本实例比较了不同过硫酸氢盐投加量下,准分子灯辐射紫外光活化过硫酸氢盐对水中苯胺的降解能力。
室温下配置0.2mmol/L的苯胺模拟废水,溶液初始pH为3,准分子灯电压为75V,过硫酸氢盐的投加量分别为0.49g、0.98g、1.96g、4.90g,30min后苯胺降解情况如下表所示:
表3不同过硫酸氢盐投加量苯胺的降解情况
过硫酸氢盐的投加量 苯胺降解率(%)
0.49g 29
0.98g 36
1.96g 72
4.90g 99
实验结果说明,过硫酸氢盐的投加量越大,苯胺的降解率越高。过硫酸氢盐的浓度增加,准分子灯辐射紫外光活化过硫酸氢盐产生的自由基就越多,有利于提高苯胺的降解率。
对本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其特征在于:利用准分子灯辐射紫外光来活化硫酸氢盐,生成SO4 ·和HO·,从而降解水中有机物。
2.根据权利要求1所述的活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其特征在于:具体如下:将待处理废水加入准分子灯光化学反应容器中,加入过硫酸氢盐,打开准分子灯使准分子灯辐射紫外光,水中有机污染物在紫外光光解和自由基氧化分解的协同作用下完成降解。
3.根据权利要求2所述的活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其特征在于:所述过硫酸氢盐为过硫酸氢钾复合盐。
4.根据权利要求2所述的活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其特征在于:所述准分子灯为KrCl准分子灯源。
5.根据权利要求2所述的活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其特征在于:废水中投加过硫酸氢盐的浓度为0.4-5g/L。
6.根据权利要求2所述的活化过硫酸氢盐降解水中有机物的方法,其特征在于:废水的初始pH为3-13。
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CN103182245A (zh) * 2013-03-20 2013-07-03 江苏理工学院 无极准分子灯光催化降解废气的装置和方法
CN105692776A (zh) * 2016-02-29 2016-06-22 武汉大学 一种可见光活化过一硫酸盐处理染料废水的方法
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方雪慧: "准分子灯光催化降解难降解有机污染物", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *
田东凡等: "UV/PMS降解水中罗丹明B的动力学及反应机理", 《环境科学学报》 *

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