CN113200595B - 一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法 - Google Patents

一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，通过将催化剂修饰于胶质气泡微表面，使该表面功能化气泡触发芬顿或类芬顿反应，在原位氧化降解有机污染物的同时浮上分离颗粒类污染物，实现了废水中不同污染物的同步高效去除。本发明的方法强化了Fe(II)或Fe(III)和H2O2的反应，大大减少了药剂用量，并且处理目标物pH值范围广，同时提高了反应的速率，有效降低了投资的成本及处理时间。

Description

一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法
技术领域
本申请属于污水处理技术领域，尤其涉及一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法。
背景技术
芬顿反应是高级氧化技术中的一项典型技术，是一种过氧化氢溶液和Fe(II)反应，氧化去除污染物或废水的有效手段。
传统的芬顿具有试剂浪费严重、出水pH显著降低、受污染物条件影响、适用pH范围较小、反应过程不稳定、反应试剂使用率低、反应效率低、产生Fe(III)影响色度、生成的铁泥对环境产生二次污染等缺点。
发明内容
本申请的目的是提供一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，根据传统芬顿反应的缺点，采用表面功能化胶质微气泡改良芬顿反应。
为了实现上述目的，本申请一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，包括：
向胶质气泡制备装置中加入胶质气泡发生液及Fe(II)系或Fe(III)系催化剂，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时后，搅拌生成表面修饰催化剂的胶质微气泡；
在装有待处理废水的污染物处理装置中，加入过氧化氢溶液搅拌；
将所述表面修饰催化剂的胶质微气泡从所述污染物处理装置底部注入，触发芬顿或类反应，待处理废水中有机污染物得到原位氧化降解，同时颗粒类污染物被浮上分离，处理后清液从所述污染物处理装置底部排出。
进一步的，所述胶质气泡发生液、Fe(II)系或Fe(III)系催化剂、过氧化氢溶液之间物质的量比为1：(0.5-5)：(2-40)。
进一步的，所述胶质气泡发生液、Fe(II)系或Fe(III)系催化剂、过氧化氢溶液之间物质的量比为1：1.25：15。
进一步的，所述搅拌生成表面修饰催化剂的胶质微气泡，包括：
在胶质气泡制备装置中进行转速为6000-10000rpm的快速搅拌90-300秒，生成表面修饰催化剂的胶质微气泡。
进一步的，所述加入过氧化氢溶液搅拌，包括：
在污染物处理装置中进行转速为100-300rpm的搅拌，搅拌30-600秒。
进一步的，所述过氧化氢溶液、胶质微气泡、待处理废水的体积比为1：(300-600)：(1200-3000)。
本申请提出的一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，通过将催化剂修饰于胶质气泡微表面，使该表面功能化气泡触发芬顿或类芬顿反应，在原位氧化降解有机污染物的同时浮上分离颗粒类污染物，实现了废水中不同污染物的同步高效去除。该方法强化了Fe(II)或Fe(III)和H2O2的反应，大大减少了药剂用量，并且处理目标物pH值范围广，同时提高了反应的速率，有效降低了投资的成本及处理时间。
附图说明
图1为本申请表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请在传统芬顿或类芬顿反应的基础上对此反应工艺进行改良，消除或降低芬顿反应工艺的负面影响。本申请将Fe(II)系或Fe(III)系催化剂修饰于胶质气泡上，能够强化Fe(II)和H2O2的反应，减少了芬顿反应试剂的用量，并且处理目标物pH值范围广，同时提高了反应的速率，有效降低了投资的成本及处理时间。与此同时，本申请产生的胶质气泡能够捕获一定的颗粒、纤维状物质，在芬顿反应氧化作用的同时，起到捕获去除污染物的作用，实现对不同类型污染物的同步高效去除作用。
本申请提供的一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法如图1所示，包括：
步骤S1、向胶质气泡制备装置中加入胶质气泡发生液及Fe(II)系或Fe(III)系催化剂，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时后，搅拌生成表面修饰催化剂的胶质微气泡。
基于表面活性剂溶液产生的胶质微气泡比表面积大(直径为10-100μm)、稳定性强，表面性质可控，适于负载功能性组分，如催化剂。负载催化剂的微气泡通入反应体系后，可触发芬顿反应，高效降解水体有机污染物。
本申请将胶质气泡发生液及Fe(II)系或Fe(III)系催化剂加入到胶质气泡制备装置中，胶质气泡制备装置顶部冲入氮气等惰性气体，在惰性气体环境下进行复配。静置6-12小时后，进行转速为6000-10000rpm的快速搅拌90-300秒，生成表面修饰催化剂的胶质微气泡。
步骤S2、在装有待处理废水的污染物处理装置中，加入过氧化氢溶液搅拌。
本申请先将待处理废水与过氧化氢溶液在污染物处理装置中进行转速为100-300rpm的搅拌，搅拌30-600秒。
步骤S3、将所述表面修饰催化剂的胶质微气泡从所述污染物处理装置底部注入，触发芬顿或类反应，待处理废水中有机污染物得到原位氧化降解，同时颗粒类污染物被浮上分离，处理后清液从所述污染物处理装置底部排出。
在将待处理废水与过氧化氢溶液H2O2在污染物处理装置中进行搅拌，搅拌完毕立即向污染物处理装置中通入表面修饰催化剂的胶质微气泡，气泡负载的Fe(II)系或Fe(III)系催化剂和H2O2快速进行芬顿反应达到氧化污染物的目的，同时胶质气泡进行捕获水中颗粒、(类)芬顿反应产生的铁泥等污染物，达到高效同步去除的作用。
本申请过氧化氢溶液、胶质微气泡、待处理废水的体积比为1：(300-600)：(1200-3000)。
需要说明的是，本申请表面修饰催化剂的胶质微气泡也可以称为表面功能化的胶质微气泡，或催化剂修饰型胶质气泡。
以下通过具体的实施例进一步阐述本申请一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法。
实施例1：
本实施例表面修饰催化剂的胶质微气泡主要有两部分分组成：0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.2mmol/L Fe(II)盐修饰剂。
向胶质气泡制备装置中加入0.109g BS-12(起泡剂)及0.33g七水合硫酸亚铁混匀于1L去离子水中，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时。
待两者混匀结合后，在胶质气泡制备装置中，6000rpm快速搅拌速度下，搅拌90秒，产生的气体、液体混合物即为表面修饰催化剂的胶质微气泡。
向污染物处理装置中加入1515.8μL 30％H2O2溶液，与300mL含有200mg/L的孔雀石绿酸性废水在污染物处理装置中，300rpm搅拌速度下，搅拌30秒。
待H2O2均匀分布于孔雀石绿酸性废水后，向污染物处理装置中通入100mL表面修饰催化剂的胶质微气泡。
实施例2：
本实施例表面修饰催化剂的胶质微气泡主要有两部分分组成：0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.5mmol/L Fe(II)盐修饰剂。
向胶质气泡制备装置中加入0.109g BS-12(起泡剂)及0.83g七水合硫酸亚铁混匀于1L去离子水中，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时。
待两者混匀结合后，在胶质气泡制备装置中，6000rpm快速搅拌速度下，搅拌90秒，产生的气体、液体混合物即为表面修饰催化剂的胶质微气泡。
向污染物处理装置中加入1515.8μL 30％H2O2溶液，与300mL含有200mg/L的孔雀石绿酸性废水在污染物处理装置中，300rpm搅拌速度下，搅拌30秒。
待H2O2均匀分布于孔雀石绿酸性废水后，向污染物处理装置中通入100mL表面修饰催化剂的胶质微气泡。
实施例3：
本实施例表面修饰催化剂的胶质微气泡主要有两部分分组成：0.12mmol/L胶质气泡发生液和1.0mmol/L Fe(II)盐修饰剂。
向胶质气泡制备装置中加入0.109g BS-12(起泡剂)及1.67g七水合硫酸亚铁混匀于1L去离子水中，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时。
待两者混匀结合后，在胶质气泡制备装置中，6000rpm快速搅拌速度下，搅拌90秒，产生的气体、液体混合物即为表面修饰催化剂的胶质微气泡。
向污染物处理装置中加入1515.8μL 30％H2O2溶液，与300mL含有200mg/L的孔雀石绿酸性废水在污染物处理装置中，300rpm搅拌速度下，搅拌30秒。
待H2O2均匀分布于孔雀石绿酸性废水后，向污染物处理装置中通入100mL表面修饰催化剂的胶质微气泡。
实施例4：
本实施例表面修饰催化剂的胶质微气泡主要有两部分分组成：0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.2mmol/L Fe(II)盐修饰剂。
向胶质气泡制备装置中加入0.109g BS-12(起泡剂)及0.83g七水合硫酸亚铁混匀于1L去离子水中，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时。
待两者混匀结合后，在胶质气泡制备装置中，6000rpm快速搅拌速度下，搅拌90秒，产生的气体、液体混合物即为表面修饰催化剂的胶质微气泡。
向污染物处理装置中加入90.9μL 30％H2O2溶液，与300mL含有200mg/L的孔雀石绿酸性废水在污染物处理装置中，300rpm搅拌速度下，搅拌30秒。
待H2O2均匀分布于孔雀石绿酸性废水后，向污染物处理装置中通入100mL表面修饰催化剂的胶质微气泡。
实施例5：
本实施例表面修饰催化剂的胶质微气泡主要有两部分分组成0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.2mmol/L Fe(II)盐修饰剂。
向胶质气泡制备装置中加入0.109g BS-12(起泡剂)及0.83g七水合硫酸亚铁混匀混匀于1L去离子水中，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时。
待两者混匀结合后，在胶质气泡制备装置中，6000rpm快速搅拌速度下，搅拌90秒，产生的气体、液体混合物即为表面修饰催化剂的胶质微气泡。
向污染物处理装置中加入181.9μL 30％H2O2溶液，与300mL含有200mg/L的孔雀石绿酸性废水在污染物处理装置中，300rpm搅拌速度下，搅拌30秒。
待H2O2均匀分布于孔雀石绿酸性废水后，向污染物处理装置中通入100mL表面修饰催化剂的胶质微气泡。
实施例6：
本实施例表面修饰催化剂的胶质微气泡主要有两部分分组成：0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.2mmol/L Fe(II)盐修饰剂。
向胶质气泡制备装置中加入0.109g BS-12(起泡剂)液及0.83g七水合硫酸亚铁混匀于1L去离子水中，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时。
待两者混匀结合后，在胶质气泡制备装置中，6000rpm快速搅拌速度下，搅拌90秒，产生的气体、液体混合物即为表面修饰催化剂的胶质微气泡。
向污染物处理装置中加入272.8μL 30％H2O2溶液，与300mL含有200mg/L的孔雀石绿酸性废水在污染物处理装置中，300rpm搅拌速度下，搅拌30秒。
待H2O2均匀分布于孔雀石绿酸性废水后，向污染物处理装置中通入100mL表面修饰催化剂的胶质微气泡。
为了验证本申请技术方案的效果，申请人进行性能测试及结果评价，通过对孔雀石绿酸性废水进行捕获污染物及发生芬顿反应氧化去除，在处理的10分钟内根据时间梯度多次检测孔雀石绿的剩余浓度。废水中孔雀石绿剩余浓度测定方法：取不同时间点的处理后溶液10mL，迅速用紫外可见分光光度计在波长为618nm处测定其吸光度，利用吸光度计算剩余孔雀石绿浓度，计算其去除率。孔雀石绿酸性废水在表面修饰催化剂的胶质微气泡诱导触发芬顿处理污染物的方法处理后去除率测定结果见表1：
Figure BDA0003013266340000071
表1
从表1中可知，本申请技术方案对污染物有高效的去除率，且去除效果稳定，去除速度较快，去除效率较高。优选地，采用实施例4中，0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.5mmol/L Fe(II)盐作为修饰剂，6mmol/L 30％H2O2溶液触发芬顿反应。
将实施例4中的同种浓度芬顿反应试剂，0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.5mmol/LFe(II)盐作为修饰剂，6mmol/L 30％H2O2溶液触发芬顿反应，处理200mg/L的孔雀石绿溶液作为测试组。另外将0.5mmol/L Fe(II)及6mmol/L 30％H2O2溶液采用传统芬顿实验处理200mg/L的孔雀石绿溶液作为对照组。孔雀石绿酸性废水在表面修饰催化剂的胶质微气泡触发(类)芬顿反应处理污染物的方法处理后去除率测定结果见表2：
Figure BDA0003013266340000081
表2
由表2中可知，本申请技术方案相较于传统的芬顿反应方法，具有反应速率更快、Fe(II)与H2O2接触可能性更大减少催化剂用量、反应稳定性更好等优点。
将实施例4中的同种浓度芬顿反应试剂，0.12mmol/L胶质气泡发生液和0.5mmol/LFe(II)盐作为修饰剂，6mmol/L 30％H2O2溶液触发芬顿反应，利用表面修饰催化剂的胶质气泡诱导触发芬顿处理污染物的方法，处理50mg/L的聚丙烯塑料纤维作为测试组。另外将0.5mmol/L Fe(II)及6mmol/L 30％H2O2溶液采用传统芬顿实验处理50mg/L的聚丙烯塑料纤维作为对照组。聚丙烯的剩余含量测定采用在反应20分钟后和空白组(仅添加相同试剂，直接进行过滤，不进行芬顿反应作为空白组)在纳米膜过滤后干燥承重进行测定。聚丙烯塑料纤维废水在表面修饰催化剂的胶质气泡诱导触发芬顿处理污染物的方法及传统芬顿方法处理后去除率测定结果见表3：
去除率(％)
测试组 69.33
对照组 12.71
表3
将实施例4中的同种浓度芬顿反应试剂，0.12mmol/L胶质气泡发生液与0.5mmol/LFe(II)盐作为修饰剂，6mmol/L 30％H2O2溶液触发芬顿反应，利用表面修饰催化剂的胶质气泡诱导触发芬顿处理污染物的方法，处理200mg/L的孔雀石绿溶液和50mg/L的聚丙烯塑料纤维的混合物作为测试组。另外将0.5mmol/L Fe(II)及6mmol/L 30％H2O2溶液采用传统芬顿实验处理200mg/L的孔雀石绿溶液和50mg/L的聚丙烯塑料纤维的混合物作为对照组。孔雀石绿和聚丙烯塑料纤维的混合酸性废水在表面修饰催化剂的胶质微气泡触发(类)芬顿反应高效同步去除不同污染物的方法及传统芬顿方法处理后去除率测定结果见表4：
去除率(％)
测试组 85.63
对照组 56.41
表4
从表3和表4中可知，本申请技术方案含有捕获作用，对于固体类的聚丙烯塑料纤维有较好的去除作用，在胶质气泡修饰Fe(II)上浮与H2O2发生芬顿反应的同时，胶质气泡对固体进行捕获且上浮，也有良好的去除效率。因此，表面修饰催化剂的胶质微气泡触发(类)芬顿反应高效同步去除不同污染物的方法，相较于传统的芬顿反应方法，对于处理含有固体颗粒、纤维状混合污染物有良好的去除作用。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，其特征在于，所述表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，包括：
向胶质气泡制备装置中加入胶质气泡发生液及Fe(II)系或Fe(III)系催化剂，在惰性气体环境下进行复配并静置6-12小时后，搅拌生成表面修饰催化剂的胶质微气泡；
在装有待处理废水的污染物处理装置中，加入过氧化氢溶液搅拌；
将所述表面修饰催化剂的胶质微气泡从所述污染物处理装置底部注入，触发芬顿或类反应，待处理废水中有机污染物得到原位氧化降解，同时颗粒类污染物被浮上分离，处理后清液从所述污染物处理装置底部排出；
其中，所述胶质气泡发生液、Fe(II)系或Fe(III)系催化剂、过氧化氢溶液之间物质的量比为1：（0.5-5）：（2-40）。
2.如权利要求1所述的表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，其特征在于，所述搅拌生成表面修饰催化剂的胶质微气泡，包括：
在胶质气泡制备装置中进行转速为6000-10000rpm的快速搅拌90-300 秒，生成表面修饰催化剂的胶质微气泡。
3.如权利要求1所述的表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，其特征在于，所述加入过氧化氢溶液搅拌，包括：
在污染物处理装置中进行转速为100-300 rpm 的搅拌，搅拌30-600秒。
4.如权利要求1所述的表面功能化的胶质微气泡触发芬顿反应去污方法，其特征在于，所述过氧化氢溶液、胶质微气泡、待处理废水的体积比为1：（300-600）：（1200-3000）。
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