CN111410287A - 一种利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法。所述方法为在有机污染物和六价铬同时存在条件下，加入纳米碳材料，并将pH值调节为1～2，有机污染物和六价铬发生氧化还原反应，反应结束后即同时去除有机污染物和六价铬。本发明所述方法利用廉价、环保的纳米碳材料作为催化剂，引发水体中有机污染物和六价铬协同氧化还原，可实现水体中有毒有机污染物和剧毒六价铬的最终去除，所述方法的反应过程中无需外界能源的输入，无二次污染，方法成本低、常温下处理效率高、反应条件温和、操作简单、对设备要求不高，经济、高效，且天然水体中的阴离子和有机质对处理结果的干扰较小，能实现水体的自清洁，具有有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染治理技术领域，涉及水中有机物的高级氧化技术，更具体地，涉及一种纳米碳材料无需外加能量协同处理水中有机污染物和六价铬的方法。
背景技术
新型有机污染物(如双酚A，磺胺类抗生素等)会破坏水体生态系统的平衡、诱导耐药基因和耐药细菌的出现，通过生物链进入到人体内还会对多个器官造成伤害。目前，有机污染废水的处理方法主要有物理吸附法、生物处理法和高级氧化法三大类。物理吸附法仅仅能够降低水体中污染物的浓度，并不能被完全去除，污染物可能会再次进入到水环境中。生物处理技术，对于一些含有高浓度、化学结构稳定的有机污染物的废水的处理效果并不理想。而高级氧化技术则需要较苛刻的pH条件和较大剂量试剂的投加，较难实现实际应用。
含铬废水被认为是当今最严重危害环境的公害之一。铬在水中主要以三价和六价形式存在，其中六价铬的毒性很大，大约是三价铬的100倍，会对人体皮肤、黏膜有刺激作用，严重时会引起癌症，对人类健康具有巨大威胁。处理含铬废水的方法主要有化学还原沉淀法、吸附法、离子交换法、电解法、生物法等。化学还原沉淀法处理成本低，但是出水水质差，不能回用。吸附法能够将六价铬从废水中分离出来，但后续处理仍然存在较大问题。离子交换法可以利用阴离子交换树脂将废水中的铬酸根或重铬酸根状态的六价铬去除，但树脂易被氧化和污染，对预处理要求较高。电解法操作简单，效果稳定，但是耗电多，出水水质差，还会产生大量难以处理的污泥。
通常情况下，工业废水成分复杂，有机污染物和六价铬同时存在，因此，获得一种高效环保且能同时处理废水中的有机污染物和六价铬的方法是十分必要的。目前，已有文献报道一些去除重金属六价铬的方法，但这些方法除了需添加纳米材料外，还需另外输入一些能量，例如加入过硫酸盐、双氧水等化学品，或加光或微生物等，还没有只利用纳米材料在无外加能量的前提下，协同降解水体中有机污染物和还原六价铬的方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中缺少能够简单、快速同时去除有机污染物和六价铬方法的不足，提供一种利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法。本发明方法的反应过程中无需外界能源的输入，无化学物质的添加，无二次污染，方法成本低、常温下处理效率高、反应条件温和、操作简单、对设备要求不高，经济、高效，且天然水体中的阴离子和有机质对处理效果干扰较小，有广阔的市场前景。
本发明的另一目的在于提供一种同时去除污水中有机污染物及六价铬的方法。
本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：
一种利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，在有机污染物和六价铬同时存在条件下，加入纳米碳材料，并将pH值调节为1～2，有机污染物和六价铬发生氧化还原反应，反应结束后即同时去除有机污染物和六价铬。
本发明所述方法是以有机污染物及六价铬为反应原料，以纳米碳材料为催化剂，在不需要输入其它能量的情况下，催化上述两种原料二者之间发生氧化还原反应，同时消耗有机污染物和六价铬，将高毒性的六价铬被还原成为低毒的三价铬，从而降低其毒性。所述方法不仅简单，除纳米碳材和酸之外，不需要其它的能量，而且所述方法受环境中天然有机质干扰较小。
优选地，所述纳米碳材料单壁或多壁碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石或介孔碳中的一种或多种。
优选地，所述多壁碳纳米管为未经官能团修饰的多壁碳纳米管、氨基官能团化、酰胺基官能团化或羟基官能团化的多壁碳纳米管。
优选地，所述纳米碳材料的质量浓度为0.1～2.0g/L。
优选地，所述有机污染物为双酚A、苯酚、4-氯苯酚、甲基橙、甲基红、罗丹明B、普萘洛尔或磺胺甲恶唑中的一种或多种。
优选地，所述六价铬浓度为0.05～0.25mmol/L。
优选地，所述有机污染物与六价铬的摩尔比值为0.5～2。
优选地，采用硫酸调节体系pH值。
本发明同时还保护一种同时去除污水中有机污染物及六价铬的方法，以同时含有有机污染物及六价铬的污水为处理对象，采用上述方法即可同时去除污水中的有机污染物和六价铬。
优选地，所述有机污染物为双酚A、苯酚、4-氯苯酚、甲基橙、甲基红、罗丹明B、普萘洛尔或磺胺甲恶唑中的一种或多种。
优选地，所述纳米碳材料单壁或多壁碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石或介孔碳中的一种或多种。优选地，所述
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述方法利用廉价、环保的纳米碳材料作为催化剂，引发水体中有机污染物和六价铬协同氧化还原，可实现水体中有毒有机污染物和剧毒六价铬的最终去除，所述方法的反应过程中无需外界能源的输入，无化学物质的添加，无二次污染，方法成本低、常温下处理效率高、反应条件温和、操作简单、对设备要求不高，经济、高效，且天然水体中的阴离子和有机质对处理结果的干扰较小，能实现水体的自清洁；且所述方法绿色环保，具有有广阔的市场前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
以商品化的各类多壁碳纳米管作为催化剂，处理废水中双酚A和六价铬，具体处理过程如下：将碳纳米管(催化剂)投入到含有一定量双酚A和六价铬的水中，用硫酸调节pH，搅拌，经过一定时间后检测水中双酚A和六价铬的含量，与处理前水中的含量进行比较，计算双酚A和六价铬的去除率。同时，以未加催化剂作为对照。
具体采用的催化剂、降解结果请见表1所示，所述试验的温度均为25℃。
以下表格中，MWCNT为多壁碳纳米管，NH2-MWCNT为氨基官能团化的多壁碳纳米管，CON-MWCNT为酰胺基官能团化的多壁碳纳米管，OH-MWCNT为羟基官能团化的多壁碳纳米管。
表1不同的催化剂处理双酚A和六价铬的结果
从表1中处理1至4可知，各种类型的多壁碳纳米管对于废水中的双酚A和六价铬均具有很好的去除效果，而从处理5可以看出，不加催化剂时，双酚A和六价铬基本不发生反应。
实施例2
以商品化的多壁碳纳米管作为催化剂，处理废水中双酚A和六价铬，具体处理过程如下：将碳纳米管(催化剂)投入到含有一定量双酚A、六价铬和阴离子的水中，用硫酸调节pH，搅拌，经过一定时间后检测水中双酚A和六价铬的含量，与处理前水中的含量进行比较，计算双酚A和六价铬的去除率。
水中存在的无机阴离子对水中有机污染物降解的影响结果，请见表2，所述试验的温度均为25℃。
表2阴离子存在时，催化剂对于双酚A和六价铬的处理结果
处理6和7中，阴离子的浓度均为500mM，从这2组处理中可知，有阴离子存在时，MWCNT对于双酚A和六价铬仍具有很好的去除效果。
实施例3
以商品化的多壁碳纳米管作为催化剂，处理废水中双酚A和六价铬，具体处理过程如下：将碳纳米管(催化剂)投入到含有一定量双酚A、六价铬和天然有机质的水中，用硫酸调节pH，搅拌，经过一定时间后检测水中双酚A和六价铬的含量，与处理前水中含量进行比较，计算双酚A和六价铬的去除率。
水中存在的天然有机质对水中有机污染物降解的影响结果，请见表3，所述试验的温度均为25℃。
表3天然有机质存在时，催化剂对于双酚A和六价铬的降解结果
实施例4
以商品化的多壁碳纳米管作为催化剂，处理废水中各类有机污染物和六价铬，具体处理过程如下：将碳纳米管(催化剂)投入到含有一定量有机污染物和六价铬的水中，用硫酸调节pH，搅拌，经过一定时间后检测水中有机污染物和六价铬的含量，与处理前水中的含量进行比较，计算有机污染物和六价铬的去除率。
对水中的不同种类有机污染物的降解情况请见表4所示，所述试验的温度均为25℃。
表4催化剂对于不同污染物的降解结果
上述实验结果表明，本发明利用碳纳米管可以快速协同降解有机污染物和还原六价铬，受环境中阴离子和天然有机质干扰较小，同时对多种有机污染物均表现出很好的降解作用。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，在有机污染物和六价铬同时存在条件下，加入纳米碳材料，并将pH值调节为1～2，有机污染物和六价铬发生氧化还原反应，反应结束后即同时去除有机污染物和六价铬。
2.根据权利要求1所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，所述纳米碳材料单壁或多壁碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石或介孔碳中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，所述多壁碳纳米管为未经官能团修饰的多壁碳纳米管、氨基官能团化、酰胺基官能团化或羟基官能团化的多壁碳纳米管。
4.根据权利要求2所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，所述纳米碳材料的质量浓度为0.1～2.0g/L。
5.根据权利要求1所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，所述有机污染物为双酚A、苯酚、4-氯苯酚、甲基橙、甲基红、罗丹明B、普萘洛尔或磺胺甲恶唑中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，所述六价铬浓度为0.05～0.25mmol/L。
7.根据权利要求1所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，所述有机污染物与六价铬的摩尔比值为0.5～2。
8.根据权利要求1所述利用纳米碳材料协同氧化有机污染物及六价铬的处理方法，其特征在于，采用硫酸调节体系pH值。
9.一种同时去除污水中有机污染物及六价铬的方法，其特征在于，以同时含有有机污染物及六价铬的污水为处理对象，采用权利要求1至8任一所述方法即可同时去除污水中的有机污染物和六价铬。
10.根据权利要求9所述同时去除污水中有机污染物及六价铬的方法，其特征在于，所述有机污染物为双酚A、苯酚、4-氯苯酚、甲基橙、甲基红、罗丹明B、普萘洛尔或磺胺甲恶唑中的一种或多种；所述纳米碳材料单壁或多壁碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石或介孔碳中的一种或多种。
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