CN112978877A

CN112978877A - 一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法

Info

Publication number: CN112978877A
Application number: CN202110132553.2A
Authority: CN
Inventors: 郑婵; 吴修凯; 刘莉娟; 王乾廷; 戴品强; 李巍; 陈文哲
Original assignee: Fujian University of Technology
Current assignee: Fujian University of Technology
Priority date: 2021-01-31
Filing date: 2021-01-31
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本发明提供了一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法，利用扁藻作为模板制备得到基于δ‑MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达。进行污水处理过程中在污水中投放微量的微型马达和较低浓度的过氧化氢溶液，δ‑MnO₂就可以将H₂O₂催化分解产生氧气和·OH使得微型马达运动，进行动态降解污染物。可通过外加磁场，定点降解污染物，并进行回收，防止二次污染。该污水处理方法具有高效的处理能力，且使用简单，使用场景不受限制，成本低。

Description

一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，更具体地说，是涉及一种污水处理方法。

背景技术

工业化的快速发展已导致向我们的水和空气资源中大量排放有害污染物。为了保护人类健康和环境，需要通过生物，物理或化学方法进行适当的污染物处理。然而，这些过程的效率受到扩散传质的限制，需要外部的搅拌手段来提高产率。纳米技术的新兴应用为环境修复过程增加了一个新的层面。特别地，能够将能量转换成运动和力的自推进式微型和纳米电动机具有巨大的潜力，可以通过采用主动运动的物质来克服治疗操作的扩散极限。

合成微型马达的新性能也开辟了环境领域的新天地，微型马达可以对环境领域产生深远的影响。经过十几年的发展，目前也发展了各种形状的微纳马达，比如双金属纳米线状马达、微管状马达，Janus结构的马达，超分子马达等等。这些不同形状的微型马达在生物医学与环境修复等领域展现出巨大的应用前景。在污水处理领域，微型马达也展现出得天独厚的优势，一方面，这些尺寸在微米或者纳米尺寸的马达具备纳米材料的天然优势，例如较高的比表面积，更高的催化效率等等；另一方面，这种微尺度物体的连续运动无需外部搅拌即可实现显著混合，从而提高效率并缩短清理时间，使得它们在降解污水中的污染物方面更加便捷高效。

目前也发展了一系列基于微型马达的新方法，这些方法为污水处理提供了更多的手段。利用马达自身吸附与高级氧化效应是最为常用的水处理方法，也是最为流行。利用扁藻作为模板制备得到基于δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达。在进行污水处理只要在污水中投放微型马达和少量的过氧化氢溶液，δ-MnO₂将H₂O₂催化分解产生氧气使得微型马达运动，同时产生的含氧自由基羟基（·OH）具备超强的氧化性，对大分子污染物进行氧化降解形成绿色小分子，达到动态净化污染物的作用。同时，微型马达负载有铁磁性物质，对磁场具有响应，通过外加磁场，定点降解污染物，并进行回收，防止二次污染。该污水处理方法具有高效的处理能力，且使用简单，使用场景不受限制，成本低。

发明内容

本发明的目的是提供了一种基于δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达的动态净化污水处理方法，其以低廉易得的扁藻作为模板，同时负载Fe₃O₄和δ-MnO₂，制备得到微型马达。在进行污水处理只要在污水中投放微型马达和少量的过氧化氢溶液，δ-MnO₂将H₂O₂催化分解产生氧气使得微型马达运动，同时产生的含氧自由基羟基（·OH）具备超强的氧化性，对大分子污染物进行氧化降解形成无色小分子，达到动态净化污染物的作用。该污水处理方法具有高效的处理能力，且使用简单，使用场景不受限制，成本低。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）向污水中混入双氧水溶液；

2）向污水中加入的δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达；所述δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达是以扁藻作为模板，同时负载Fe₃O₄和δ-MnO₂；δ-MnO₂将对H₂O₂催化分解产生氧气和·OH使得微型马达运动，进行动态降解污染物。

进一步的，还包括以下步骤：通过磁场吸附回收δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达。

进一步的，所述双氧水的浓度为2%，双氧水与污水的体积比为1:10-20。

进一步的，所述双氧水与污水的体积比为3:40。

与现有技术相比，本发明的主要优点：本发明的基于δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达的动态净化污水处理方法，在进行污水处理只需要投放δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达和少量的过氧化氢溶液，催化分解H₂O₂产生氧气，在氧气的驱动下马达高速运动，无需借助外力即动态净化污染物。无需其他的设备，方法简单易操作且使用场景不受限制，成本低。此外，本发明制备的原料普通易得，价格低廉，制备过程简单，绿色环保，适合工业化大规模生产。

说明书附图

图1为实施例1中MB含和不含2％H₂O₂的微型马达的MB去除率；

图2为实施例1中MB在微型马达动态吸附下的紫外线吸收光谱的变化；

图3为实施例1中MB在微型马达动态吸附下特定时间的MB上清液；

图4为实施例1中微型马达吸附MB的磁响应过程。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，以下实例将对本发明做进一步说明，但并非用以限制本发明的范围。

实施例1

以亚甲基蓝（MB）为模型进行探究污水净化效率，我们取40 mL质量浓度为40 mg/L的MB溶液，加入2％H₂O₂溶液，加入20 mg δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达，催化δ-MnO₂层将H₂O₂转化为羟基自由基（·HO）和氧气。微型马达喷出大量氧气微泡，启动其自主运动并增强流体混合，即增大污染物分子与微型马达之间的接触率，同时微型马达在吸附污染物，产生的氧化性极强的羟基自由基通过氧化降解去除污染物，提升微型马达的去除污染物能力。

如图1所示，在加入和没有加入2％H₂O₂的情况下，磁导气泡驱动微型马达在30分钟内对MB的去除率。显然，在2％H₂O₂中的运动微型马达与静止微型马达相比，显示出更强的MB去除能力，在5分钟时，MB溶液的颜色迅速变浅，基本达到平衡。在2％H₂O₂中MB的去除率高达93.6％。不含H₂O₂的微型马达无法在水中自主移动，但由于缺乏流体混合，导致MB的去除率较低，而且响应比较慢，仅为65％。

如图2所示，染料溶液的吸收光谱，证实了图1的结果。

如图3所示，染料溶液在运动微型马达条件下吸附特定时间的上清液，证实了图1的结果。

如图4所示，在外加磁场的作用下，微型马达可以很好地从溶液中分离出，当把外加磁场撤除后，微型马达又回到均匀分散的状态，体现出良好的磁响应性能，这个结果表明本发明制备的马达有较好的回收性，避免了对环境造成二次污染，在实际污水处理中有着广泛的应用价值。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims

1.一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）向污水中混入双氧水溶液；

2）向污水中加入δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达；所述δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达是以扁藻作为模板，称取20mg扁藻加入到15ml（0.5mol/L）的高锰酸钾溶液中，搅拌均匀；然后向上述混合液中加入3-6ml油酸（C₁₈H₃₄O₂，AR），充分混合，放入水浴恒温振荡器（THZ-82A）中振荡12-36h，反应终止后使用去离子水和无水乙醇交替清洗，冷冻干燥得到δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达；δ-MnO₂将可以将H₂O₂催化分解产生氧气和·OH使得微型马达运动，进行动态降解污染物。

2.如权利要求1所述的一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过磁场吸附回收δ-MnO₂@PI/Fe₃O₄磁导微型马达，重复使用。

3.如权利要求1所述的一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法，其特征在于，所述双氧水的浓度为2%，双氧水与污水的体积比为1:10-20。

4.如权利要求1所述的一种基于微纳马达的动态净化污水处理方法，其特征在于，所述双氧水与污水的体积比为3:40。