CN111943347B - 一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法，属于污水处理技术领域。该方法包括如下步骤：向含有卡马西平的废水中加入过氧乙酸和硫酸铜，采用酸碱调节剂调节废水初始pH为6.0，在搅拌条件下于25℃反应3h，其中，过氧乙酸的投加量与卡马西平初始浓度之比为80mg/L：1mg/L，硫酸铜和过氧乙酸的投加量之比为80mg/L:0.1mM。本发明方法操作简单，反应条件温和，成本低，在近中性pH和较低氧化剂使用量下即可高效降解卡马西平。

Description

一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法
技术领域
本发明涉及一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
随着各行业的不断发展，大量难降解化学物质产生并被排放入水体。其中，药物及个人护理用品(PPCPs)作为新兴污染物的一种，在水环境中被广泛检出。卡马西平(Carbamazepine)作为一种药物，在临床中被广泛用于癫痫，三叉神经痛以及其他精神疾病的治疗。卡马西平母体以及其代谢产物会通过制药废水、患者排泄等途径进入水体，可能引发环境风险，对环境中的生物以及人类产生危害。
由于卡马西平具有浓度低、毒性高、可生化性差等特点，传统生物处理工艺的应用受到限制，需进行深度处理。其中，高级氧化工艺(AOPs)是一种有效的处理技术。
文献(肖子捷.几种水中典型PPCPs的高级氧化降解及其消毒副产物的生成研究[D].江西理工大学,2015.)公开了采用紫外/亚铁离子活化过一硫酸盐降解废水中卡马西平的方法，虽然该方法可以高效降解水体中的卡马西平，但是该方法不仅需要使用较多的氧化剂，而且需要将pH控制在强酸条件下进行反应才具有较高的反应活性，反应条件较为苛刻，成本较高。因此，开发一种成本低、反应条件温和、在较低氧化剂使用量下即可高效持久降解卡马西平的方法具有重要意义。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法，该方法操作简单，反应条件温和，成本低，在近中性pH和较低氧化剂使用量下即可高效降解卡马西平。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法，包括如下步骤：向含有卡马西平的废水中加入过氧乙酸和硫酸铜，采用酸碱调节剂调节废水初始pH为6.0，在搅拌条件下于25℃反应3h，其中，过氧乙酸的投加量与卡马西平初始浓度之比为80mg/L：1mg/L，硫酸铜和过氧乙酸的投加量之比为80mg/L:0.1mM。
作为优选方案，所述酸碱调节剂为0.1M的盐酸或氢氧化钠溶液。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
(1)本发明方法采用过氧乙酸作为氧化剂，可以产生多种自由基，包括羟基自由基(·OH)，以及乙酰氧基自由基(CH3CO2·)、乙酰过氧基自由基(CH3CO3·)等有机自由基，其中羟基自由基反应性强，有机自由基稳定性强、半衰期长、选择性强、反条件温和，因此可赋予本发明方法高降解效率，反应条件温和等优势。
(2)本发明方法采用铜离子活化过氧乙酸，与光活化、热活化等其他活化方式相比，铜离子活化可以在常温常压下进行，活化效率较高，且不需要额外的能量输入，成本低廉，操作方便。
(3)本发明方法可在接近中性的pH条件(pH＝6)下达到较高的卡马西平去除率(高于85％)，在实际处理过程中，可以减少或省去pH调整药剂的投加，降低成本。
附图说明
图1是由1mg/L卡马西平，0.1mM铜离子，80mg/L过氧乙酸构成的高级氧化系统对卡马西平的降解曲线图(同时包括对照实验和淬灭实验)；
图2是由10ppm卡马西平，0.3mM亚铁离子，0.5mM过氧乙酸构成的高级氧化系统在不同pH条件下对卡马西平的降解曲线图；
图3是在10ppm卡马西平，0.3mM亚铁离子，0.5mM过氧乙酸构成的高级氧化系统中添加淬灭剂TBA后对卡马西平的降解曲线图；
图4是在10ppm卡马西平，0.3mM亚铁离子，0.5mM过氧乙酸构成的高级氧化系统中添加淬灭剂EtOH后对卡马西平的降解曲线图；
具体实施方式
下面通过实施例子，进一步阐述本发明的特点，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例
在锥形瓶中加入100mL卡马西平水溶液，卡马西平水溶液中卡马西平的初始浓度为1.0mg/L，然后向锥形瓶中加入8mg(80mg/L)过氧乙酸PAA和0.01mmol(0.1mM)硫酸铜，完全混合后，采用酸碱调节剂调节混合溶液初始pH为6.0，将锥形瓶置于磁力搅拌器上，保持搅拌，在25℃下反应3h。在相同的反应条件下进行不含过氧乙酸或Cu2+的对照实验。在相同的反应条件下加入10mmol(100mM)叔丁醇(TBA)进行自由基淬灭实验，淬灭反应表明除羟基自由基外，其他有机自由基同样起到了降解卡马西平的作用。
反应每进行一定时间，采集样品，用紫外可见光分光光度法分析卡马西平的浓度并计算污染物卡马西平的降解率，得卡马西平的降解曲线如图1所示，其中，取样时间分别为0min、20min、40min、60min、90min、120min、180min，降解率用(1-C/C0)表示，C为tmin时污染物的浓度，C0为污染物的初始浓度。
对比例1：
在5个透明玻璃反应皿中均加入100mL卡马西平水溶液，卡马西平水溶液中卡马西平的初始浓度为10ppm，然后向各反应皿中均加入0.05mmol(0.5mM)过一硫酸盐PMS与0.03mmol(0.3mM)硫酸亚铁溶液，完全混合后，采用酸碱调节剂调节各反应皿中混合溶液初始pH分别为3.0、5.0、7.0、9.0、11.0，将反应皿至于磁力搅拌器上，保持搅拌，在25℃暴露于UV灯光下反应，其中，UV光源采用低压汞灯，其功率为75W，波长为254nm，其灯筒内径与反应皿内径接近。在相同的反应条件下加入(1mmol)10mM、(10mmol)100mM叔丁醇(TBA)/甲醇(EtOH)进行自由基淬灭实验，淬灭反应表明主导自由基为羟基自由基。
反应每进行一定时间，采集样品，用高效液相色谱分析(色谱柱为Symmetry C18柱(4.6mm×250mm，Waters)，串联紫外检测器(Waters 2489)，检测波长286nm，流动相为乙腈：水(V:V)＝60：40，流速1.0mL/min，柱温35℃)卡马西平的浓度并计算污染物卡马西平的降解率，得卡马西平的降解曲线如图2所示，其中，取样时间分别为0min、1min、3min、5min、10min、15min、20min、30min，降解率用(1-C/C0)表示，C为t min时污染物的浓度，C0为污染物的初始浓度。
由图2可以看到，随着pH升高，降解效率降低，pH为3.0、5.0、7.0、9.0、11.0时，卡马西平的降解率分别为100％，82％，73％，67％，28％。可见酸性条件对反应有利，在pH＝3.0时反应活性最强，能够在短时间内高效、彻底地降解卡马西平。
比较实施例和对比例可以看到，对比例所述的方法虽然在最适条件下的降解更为快速(30min)和彻底(100％)，但是该方法需要将pH控制在强酸性条件下，且需要紫外光的输入，条件较为苛刻，成本较高。本发明所述的方法在可接受的反应时间(3h)内持续降解了绝大多数(85％)卡马西平，同时该方法可在接近中性的pH下进行反应，且无需能量输入，条件较为温和，成本相对低廉，具有较好的工程应用价值。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铜离子活化过氧乙酸去除废水中卡马西平的方法，所述方法实施过程中无紫外光照射，其特征在于，包括如下步骤：向含有卡马西平的废水中加入过氧乙酸和硫酸铜，采用酸碱调节剂调节废水初始pH为6.0，在搅拌条件下于25℃反应3h，其中，过氧乙酸的投加量与卡马西平初始浓度之比为80mg/L：1mg/L，过氧乙酸的投加量和硫酸铜浓度之比为80mg/L:0.1mM。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸碱调节剂为0.1M的盐酸或氢氧化钠溶液。
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