CN113121007A - 一种利用过一硫酸盐降解水中扑热息痛的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，本发明方法通过在过一硫酸盐热活化的过程中投加碳酸钠等碳酸盐，产生硫酸根自由基、羟基自由基和单线态氧等多种活性氧物种协同氧化降解水中的扑热息痛。本发明发现：投加碳酸钠等碳酸盐能够显著提高过一硫酸盐热活化降解水体中扑热息痛的效能。本发明解决了过一硫酸盐热活化法能耗高、反应速度慢的问题，并具备经济高效、操作简便、无金属离子溶出等优点，在含扑热息痛的医药、养殖等有机废水的处理中具有广阔的应用前景。

Description

一种利用过一硫酸盐降解水中扑热息痛的方法
技术领域
本发明属于水处理高级氧化技术领域，涉及一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法。
背景技术
扑热息痛(Acetaminophen，又名对乙酰氨基酚)是国际市场上销量最高的解热镇痛药之一。然而，扑热息痛已被世界卫生组织列入3类致癌物清单中，且在使用不当时可能引起人体的肝、肾损伤。在水体环境中，扑热息痛非常稳定，不能被常规生物处理技术有效地去除。据报道，污水处理厂出水和地表水中检出了μg/L量级甚至mg/L量级浓度的扑热息痛。水体环境中的扑热息痛难以被生物降解的特性对环境和人类产生了极大潜在风险，因此有必要建立高效去除医药、养殖等有机废水中扑热息痛的方法。
现有的水中扑热息痛的降解方法，包括：
CN201510455090.8公开了一种以固定化酶去除工业废水中扑热息痛的方法，即向含扑热息痛的工业废水中加入固定化辣根过氧化物酶及H2O2，室温下反应，以去除扑热息痛；其中固定化辣根过氧化物酶是以通过氨基化修饰、戊二醛活化的纳米碳球为载体，对辣根过氧化物酶固定化获得。扑热息痛催化降解反应的结果表明，该方法能够高效净化污水中的扑热息痛。
CN201910480626.X公开了一种碱性条件下利用纳米零价铝活化分子氧的方法与应用。该方法以三聚磷酸钠为水解试剂，纳米零价铝为催化剂，将碱性水溶液中溶解态氧气还原为含氧自由基，并用于降解以靛蓝和扑热息痛为代表的污染物。该发明利用三聚磷酸钠对Al3+的络合效应和独特的“质子限域效应”，分别溶解纳米零价铝表面钝化层和控制界面电子传递，从而提高对分子氧的有效利用。
以上方法的原理和本发明方法均不相同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用过一硫酸盐高效降解水中扑热息痛的方法。
本发明的技术方案包括以下步骤：
(1)在含有扑热息痛的废水中投加碳酸盐粉末，混合均匀后加热至50-70℃，其中，扑热息痛的浓度为0.5-5mg/L，碳酸盐的投加浓度为85-212mg/L；
(2)往上述溶液中投加过一硫酸盐粉末，混合均匀后降解水中的扑热息痛，其中，过一硫酸盐的浓度为100-700mg/L，反应时间为10-60分钟。
优选地，步骤(1)中，所述扑热息痛的浓度为1-4mg/L。
进一步优选，所述扑热息痛的浓度为1.5-3mg/L。
步骤(1)中，所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种按任意比例混合的混合物。
优选地，步骤(1)中，控制反应期间的温度在55℃-65℃。
步骤(2)中，所述的过一硫酸盐为过一硫酸钠、过一硫酸钾中的一种或两种按任意比例混合的混合物。
优选地，所述过一硫酸盐粉末的投加量为200-700mg/L。
进一步优选，所述过一硫酸盐粉末的投加量为300-650mg/L。
优选地，步骤(2)中，所述的反应时间为20-60分钟。
进一步优选，步骤(2)中，所述的反应时间为20-40分钟。
本发明的技术原理：在过一硫酸盐热活化技术中引入碳酸盐，一方面降低可以过一硫酸盐热活化产生自由基所需的活化能，从而降低过一硫酸盐热活化所需的温度；另一方面可以促进过一硫酸盐自分解产生单线态氧和超氧自由基协同过一硫酸盐热活化产生的硫酸根自由基、羟基自由基氧化降解水中的扑热息痛。
与现有技术相比，本发明具备以下优点：
(1)本发明通过在过一硫酸盐热活化技术中投加碳酸盐，降低了过硫酸盐热活化技术所需温度，在处理扑热息痛废水时能够大幅降低能耗。
(2)本发明强化了过一硫酸盐热活化技术降解扑热息痛污染物的效能，极大地缩短了反应所需时间，本发明所需时间最短为20分钟。
(3)本发明中产生多种活性氧物种，包括硫酸根自由基、羟基自由基、单线态氧、超氧自由基，能够协同氧化降解水中的扑热息痛污染物。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是利用碳酸盐强化过一硫酸盐热活化降解水中扑热息痛的效果。其中，横坐标表示反应时间；纵坐标表示相应反应时间下扑热息痛浓度与初始浓度的比值。对照组的反应条件分别为(1)对照组1：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度60℃；(2)对照组2：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度70℃；(3)对照组3：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度80℃；(4)对照组4：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度90℃；
图2为不同碳酸盐投加量对扑热息痛降解的影响，分别对应实施例1、实施例2、实施例3、实施例5降解水中扑热息痛的效果；其中，横坐标表示反应时间；纵坐标表示相应反应时间下扑热息痛浓度与初始浓度的比值。
图3为不同过一硫酸盐投加量对扑热息痛降解的影响，分别对应实施例4、实施例5、实施例6、实施例7降解水中扑热息痛的效果；其中，横坐标表示反应时间；纵坐标表示相应反应时间下扑热息痛浓度与初始浓度的比值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，仅在于说明本发明而不局限于以下实例。
实施例1
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中投加106mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加307.38mg/L过硫酸氢钾，反应60分钟后，扑热息痛的降解率达到97％，测得反应表观速率常数为0.059min-1。
对照组1：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度60℃；
对照组2：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度70℃；
对照组3：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度80℃；
对照组4：过硫酸氢钾投加量307.38mg/L，反应温度90℃；
结果见图1。
实施例2
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中分别投加85mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加307.38mg/L过硫酸氢钾，反应60分钟后，扑热息痛的降解率达到82％，测得反应表观速率常数为0.037min-1。
实施例3
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中投加159mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加307.38mg/L过硫酸氢钾，反应40分钟后，扑热息痛的降解率达到100％，测得反应表观速率常数为0.106min-1。
实施例4
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中投加212mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加245.90mg/L过硫酸氢钾，反应60分钟后，扑热息痛的降解率达到93％，测得反应表观速率常数为0.064min-1。
实施例5
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中投加212mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加307.38mg/L过硫酸氢钾，反应60分钟后，扑热息痛的降解率达到97％，测得反应表观速率常数为0.061min-1。
实施例6
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中投加212mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加461.07mg/L过硫酸氢钾，反应40分钟后，扑热息痛的降解率达到100％，测得反应表观速率常数为0.179min-1。
实施例7
在含有1.51mg/L的扑热息痛废水中投加212mg/L碳酸钠，并加热至60℃。然后在上述溶液中投加614.76mg/L过硫酸氢钾，反应20分钟后，扑热息痛的降解率达到100％，测得反应表观速率常数为0.279min-1。

Claims (10)

1.一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征包括以下步骤：
S1在含有扑热息痛的废水中投加碳酸盐，混合均匀并加热至50℃-70℃，其中，扑热息痛的浓度为0.5～5mg/L，碳酸盐的投加浓度为85-212mg/L；
S2投加过一硫酸盐，产生具有强氧化性的活性氧物种降解水中的扑热息痛，其中，过一硫酸盐的浓度为100-700mg/L，反应时间为10-60分钟。
2.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述扑热息痛的浓度为1-4mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述扑热息痛的浓度为1.5-3mg/L。
4.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种或两种按任意比例混合的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S1中，控制反应期间的温度为55℃-65℃。
6.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的过一硫酸盐为过一硫酸钠、过一硫酸钾中的一种或两种按任意比例混合的混合物。
7.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S2中，过一硫酸盐的浓度为200-700mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S2中，过一硫酸盐的浓度为300-650mg/L。
9.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的反应时间为20-60分钟。
10.根据权利要求1所述的一种利用过一硫酸盐降解水体中扑热息痛的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的反应时间为20-40分钟。
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