CN113354059B - 一种利用无定形红磷促进三价铁/过氧化氢体系降解环境污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环境污染物处理技术领域,具体涉及一种利用无定形红磷促进三价铁/过氧化氢体系降解环境污染物的方法。本发明提供一种高效活化过氧化氢的Fenton体系。所述Fenton体系包括红磷、过氧化氢和Fe3+。该Fenton体系以水环境中广泛存在的Fe3+作为Fenton反应的前驱体,利用红磷将Fe3+还原为Fe2+,使其与H2O2发生Fenton反应产生·OH降解污染物。与此同时,新形成的Fe3+会进一步被红磷还原,因此,本发明无需加入不稳定的Fe2+试剂。此外,本发明方法具有H2O2活化效率高,快速的动力循环,pH应用范围广,污染物降解效率高,可对多种污染物以及多种实际水体中污染物进行有效降解等优点。
Description
技术领域
本发明属于环境污染物处理技术领域,具体涉及一种利用无定形红磷促进三价铁/过氧化氢体系降解环境污染物的方法。
背景技术
近年来,环境类污染物(包括消炎药、抗生素、有机染料等)在日常生活及工业生产中的大量使用,使其在环境中广泛存在,尤其是在水环境中的出现及其对水生生物的潜在危害近年来引起了全球的广泛关注。研究表明,许多环境类污染物,虽然并不是持久性难降解有机物,但是由于它们的大量产出与消耗,它们会通过污水处理厂、农业径流、水产养殖和药物生产等方式不断释放到水环境中,随着时间的推移,就会存在于地表水、地下水甚至累积在农作物中,从而对生态环境造成潜在的危害。因此,对含环境污染物废水的处理和控制,发展一种高效的环境污染物废水降解技术是非常迫切需要的。
目前,国内外对环境类污染物的处理处置技术主要为高级氧化法,其包括Fenton法、过硫酸盐活化、光催化、电催化等。在这些方法当中,经典的Fenton法颇受欢迎,因为Fenton法反应条件温和,对温度和压力没有要求,使用范围广,处理效率高。但是,传统的Fenton法必须保证足够的二价铁离子(Fe2+),Fe2+作为催化剂活化H2O2产生羟基自由基(·OH),自身则氧化为Fe3+。虽然在理论上Fe3+能够被H2O2再次还原为Fe2+,但实际上Fe3+在Fenton体系当中只有极少部分被还原,因此之间动力循环较为困难。比如,中国专利CN104310567A报道了利用原儿茶酸促进动力循环的方法,但是原儿茶酸是一种有机物,其本身会被H2O2活化产生的·OH而降解,因此需要不停地加入原儿茶酸,从而反应试剂成本的增加。此外,Fenton法需要在酸性条件下进行,如中国专利CN 107686156 A报道了一种高效降解水中有机污染物的Fenton方法,该方法处理废水需要大量酸调节pH,处理后废水显酸性,需要加碱回调,造成处理成本增加。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足,本发明提出了一种利用无定形红磷促进三价铁/过氧化氢体系降解环境污染物的方法,利用红磷将Fe3+还原为Fe2+,Fe2+和H2O2反应产生·OH降解污染物,而新形成的Fe3+再次被红磷还原为Fe2+,从而形成铁离子的动力学循环并持续产生·OH降解污染物。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:
本发明的首要目的是提供一种高效活化过氧化氢的Fenton体系,所述Fenton体系包括红磷(Red P)、过氧化氢(H2O2)和Fe3+。
优选地,所述红磷为纯化后的红磷,所述红磷的纯化方法为:按(1-2):(15-18)的料液比往红磷中加水,于150-250℃下水热反应12-20h后经过滤、洗涤、烘干后即可。
进一步地,所述红磷的纯化方法为:按1:9的料液比往红磷中加水,于200℃下水热反应16h后经过滤、洗涤、烘干后即可。
本发明的第二个目的是提供上述高效活化过氧化氢的Fenton体系在降解环境污染物中的应用。
本发明的第三个目的是提供一种高效降解污染水体中的环境污染物的方法,即向含污染物的水体中加入上述高效活化过氧化氢的Fenton体系,反应一定时间后即可。
红磷具有一定的还原性,目前主要用于生产阻燃剂,安全火柴,有机磷农药,制磷青铜、光催化剂等。为克服现有Fenton法存在的Fe2+投加量大,H2O2利用率低,动力循环难,污染物降解效率低,pH应用范围窄等问题,充分发挥Fenton法的技术优势。本发明开发了一种新型的Fenton反应体系,本发明将具有还原能力的红磷置于含有污染物的Fe3+/H2O2体系中,利用红磷将Fe3+还原为Fe2+,Fe2+和H2O2之间发生Fenton反应,而新形成的Fe3+再次被红磷还原,形成一个新型的Fenton反应工艺,应用于降解污染水体中的环境污染物(IBU,NFX,RhB,MB)。能够实现高的H2O2活化效率(>93%);宽广的pH应用范围(pH2-8);对多种污染物以及多种实际水体污染物都具有高的降解效率(>98%)等。因此,本发明能够处理情况复杂的污染水体。
优选地,在高效活化过氧化氢的Fenton体系中,所述红磷的投加量为0.05~0.3g/L,所述Fe3+的投加量为0.05~0.3mM,所述过氧化氢的投加量为0.25~2.0mM。
进一步地,所述红磷的投加量为0.2g/L,所述Fe3+的投加量为0.2mM,所述过氧化氢的投加量为1.0mM。
优选地,反应的初始pH范围为2~8。
优选地,所述污染物包括但不限于布洛芬、诺氟沙星、罗丹明B和甲基蓝。
优选地,所述污染物的浓度为10~40ppm。进一步地,所述污染物的浓度为20ppm。
优选地,反应的时间不少于15min。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
附图说明
图1为纯化红磷的(a)扫描电镜和(b)X射线衍射图;
图2为RedP/H2O2/Fe3+体系对布洛芬的降解效率和降解速率常数图;
图3为RedP/H2O2/Fe3+体系对不同污染物的降解效率图;
图4为RedP/H2O2/Fe3+体系对不同pH的布洛芬的降解效率和pH变化图;
图5为RedP/H2O2/Fe3+体系对不同真实水体中布洛芬的降解效率图;
图6为RedP/H2O2/Fe3+体系的H2O2活化效率图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是,对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明,但并不构成对本发明的限定。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为可通过常规的商业途径购买得到的。
实施例1一种新型的Fenton反应体系
取2.0g红磷和18mL超纯水,混匀后置于水热反应釜中200℃水热反应16h,经过滤、水洗、烘干后得到纯化的红磷。
对纯化后的红磷进行扫描电镜(SEM,Zeiss G-500)和X射线衍射(XRD,RigakuSmartLab)观察可知(图1),所纯化的红磷为无规则的颗粒物,且其晶格结构为无定形,即纯化后的红磷为无定形红磷。
以纯化的无定形红磷(Red P)作为反应试剂,与H2O2和FeCl3一起组成新型的Fenton反应体系,即RedP/H2O2/Fe3+体系。
实施例2测定Red P/H2O2/Fe3+体系对布洛芬的降解效率以及动力学常数
测定方法如下:
(1)配制浓度为20ppm的布洛芬溶液。
(2)取60mL步骤(1)的布洛芬溶液分别移入5个100mL烧杯中,这5个烧杯的反应体系分别设置为:H2O2、Red P、Fe3+/H2O2、Red P/H2O2、Red P/H2O2/Fe3+。其中,Red P、H2O2和Fe3+的投加量分别为0.2g/L,1mM和0.2mM,在设定好的时间梯度上取样待测。
(3)用高效液相色谱(HPLC,赛默飞)检测步骤(2)的水样中的布洛芬浓度,检测波长为223nm,流动相为磷酸水(pH3.0)/甲醇(20/80),流速为1mL/min,出峰时间6.5min。布洛芬的降解效率计算方法如下:
其中,C0为污染物的初始浓度,Ct污染物的实时浓度。
如图2所示,Red P/H2O2/Fe3+体系具有最佳的布洛芬去除能力,15min内降解了98%,其降解速率常数分别是Red P/H2O2,Fe3+/H2O2,Red P,H2O2的18.3、25.6、116.4、93.1倍,说明Red P能够极大的促进Fe3+/H2O2体系产生大量的·OH,从而高效降解有机污染物。
实施例3测定Red P/H2O2/Fe3+体系对不同污染物的降解效率
测定方法如下:
(1)配制浓度为20ppm的布洛芬(IBU),诺氟沙星(NFX),罗丹明B(RhB)以及甲基蓝(MB)溶液。
(2)取60mL步骤(1)的4种污染物溶液分别移入4个100mL烧杯中,然后分别依次加入0.2g/L红磷,1mM H2O2和0.2mM Fe3+,在设定好的时间梯度上取样待测。
(3)用高效液相色谱(HPLC,赛默飞)检测步骤(2)的水样中的布洛芬浓度,检测波长为223nm,流动相为磷酸水(pH3.0)/甲醇(20/80),流速为1mL/min,出峰时间6.5min。用高效液相色谱检测步骤(2)的水样中的诺氟沙星浓度,检测波长为274nm,流动相为磷酸水(pH3.0)/甲醇(60/40),流速为1mL/min,出峰时间4min。用紫外-可见分光光度计检测步骤(2)的水样中的罗丹明B和甲基蓝浓度。污染物的降解效率计算方法如下:
其中,C0为污染物的初始浓度,Ct污染物的实时浓度。
如图3所示,在15min内,20ppm的IBU和NFX分别可以达到98%和99.7%的去除率;在3min内,20ppm的MB可达到98.7%的去除率;在10min内,20ppm的RhB可达到98.8%的去除率。说明RedP/H2O2/Fe3+体系对多种污染物都具有完美的降解能力。
实施例4测定Red P/H2O2/Fe3+体系在不同pH条件下对布洛芬的降解效率
测定方法如下:
(1)配制浓度为20ppm的布洛芬溶液。
(2)取60mL步骤(1)的布洛芬溶液分别移入5个100mL烧杯中,将其pH分别调为:2、4.5、6、8、10,再分别依次加入0.2g/L红磷,1mM H2O2和0.2mM Fe3+,在设定好的时间梯度上取样待测。
(3)用高效液相色谱(HPLC,赛默飞)检测步骤(2)的水样中的布洛芬浓度,检测波长为223nm,流动相为磷酸水(pH3.0)/甲醇(20/80),流速为1mL/min,出峰时间6.5min。布洛芬的降解效率计算方法如下:
其中,C0为污染物的初始浓度,Ct污染物的实时浓度。
如图4所示,在pH2-8范围内,Red P/H2O2/Fe3+体系都具有很好的布洛芬去除能力(图4a),因为在这个pH范围内,Red P/H2O2/Fe3+体系能够瞬间将其溶液pH降至3.0左右(图4b),这是一个比较理想的Fenton反应pH值。而在高的pH范围(pH8-10)内,Red P/H2O2/Fe3+体系则不能够将溶液的pH值降至最佳的Fenton反应pH值,因此造成布洛芬去除能力不佳。可见,Red P/H2O2/Fe3+体系拓宽了Fenton反应的pH范围(传统Fenton反应的pH范围仅仅在2-4左右)。
实施例5测定Red P/H2O2/Fe3+体系对多种真实水体中污染物的去除能力
测定方法如下:
(1)取4种真实水体,分别为珠江水(PRW),广州大学城中心湖水(LW),中山大学自来水(TW)以及实验室超纯水(UPW)。
(2)用步骤(1)的4种真实水体分别配制浓度为20ppm的布洛芬溶液。
(3)取60mL步骤(2)中含布洛芬的四种真实水体分别移入4个100mL烧杯中,然后分别依次加入0.2g/L红磷,1mM H2O2和0.2mM Fe3+,在设定好的时间梯度上取样待测。
(4)用高效液相色谱(HPLC,赛默飞)检测步骤(3)的水样中的布洛芬浓度,检测波长为223nm,流动相为磷酸水(pH3.0)/甲醇(20/80),流速为1mL/min,出峰时间6.5min。布洛芬的降解效率计算方法如下:
其中,C0为污染物的初始浓度,Ct污染物的实时浓度。
如图5所示,在15min内,4种真实水体PRW,LW,TW以及UPW对布洛芬的去除率分别为92.5%,86.1%,95.3%以及98.0%,说明Red P/H2O2/Fe3+体系对多种真实水体中的污染也具有完美的去除能力。
实施例6测定Red P/H2O2/Fe3+体系H2O2的活化效率
测定方法如下:
(1)配制浓度为20ppm的布洛芬溶液。
(2)取60mL步骤(1)的布洛芬溶液分别移入4个100mL烧杯中,这4个烧杯的反应体系分别设置为:H2O2、Fe3+/H2O2、Red P/H2O2、Red P/H2O2/Fe3+。其中,Red P、H2O2和Fe3+的投加量分别为0.2g/L,1mM和0.2mM,在设定好的时间梯度上取样待测。
(3)采用Horseradish peroxide(POD)和N,N-diethyl-p-phenylenediamine(DPD)显色法测定溶液中H2O2浓度,具体方法如下:取1.7mLpH=6的磷酸盐缓冲溶液于5mL离心管,加入0.3mL液体样品,然后再依次加入50μL,10g/LDPD和50μL,1g/LPOD,显色后用紫外-可见分光光度计在551nm处测定样品中H2O2浓度,计算H2O2的活化率。H2O2活化率计算方法如下:
其中C0为H2O2初始浓度,Ct为H2O2的实时浓度。
如图6所示,Red P/H2O2/Fe3+体系具有高的H2O2活化效率(93%),远远高于传统的Fenton反应(40%左右)。
以上对本发明的实施方式作了详细说明,但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言,在不脱离本发明原理和精神的情况下,对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,仍落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种高效活化过氧化氢的Fenton体系,其特征在于,所述Fenton体系包括红磷、过氧化氢和Fe3+;所述红磷为纯化后的红磷,所述红磷的纯化方法为:按(1-2)g:(15-18)mL的料液比往红磷中加水,于150-250℃下水热反应12-20 h后经过滤、洗涤、烘干后即可;所述高效活化过氧化氢的Fenton体系用于降解环境污染物。
2.一种高效降解污染水体中的环境污染物的方法,其特征在于,向含污染物的水体中加入权利要求1所述的高效活化过氧化氢的Fenton体系,反应不少于15min即可,所述污染物包括布洛芬、诺氟沙星、罗丹明B和甲基蓝。
3.根据权利要求2所述的一种高效降解污染水体中的环境污染物的方法,其特征在于,在高效活化过氧化氢的Fenton体系中,所述红磷的投加量为0.05~0.3 g/L,所述Fe3+的投加量为0.05~0.3 mM,所述过氧化氢的投加量为0.25~2.0 mM。
4.根据权利要求2所述的一种高效降解污染水体中的环境污染物的方法,其特征在于,反应的初始pH范围为2~8。
5.根据权利要求2所述的一种高效降解污染水体中的环境污染物的方法,其特征在于,所述污染物的浓度为10~40 ppm。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111992028A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-27 | 昆明理工大学 | 一种增强黄磷浆液脱除硫化氢的添加剂及其应用 |
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