CN113912209A - 一种采用Fe3+/S2O82-二元体系去除污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种采用Fe3+/S2O8 2‑二元体系去除污染物的方法，即向待处理的水样中，投入三价铁离子的盐与过硫酸盐，用硫酸调节pH值为2.5～3.5，S2O8 2‑分解成少量的SO4 ‑·，SO4 ‑·与蒽醌类、偶氮类、咕吨类等有机污染物反应生成氢醌、苯醌等电子供体中间体，电子供体提供电子使Fe3+转化为Fe2+，Fe2+活化S2O8 2‑生产大量SO4 ‑·、·OH和少量O2 ‑·自由基，自由基高氧化性氧化降解污染物，且Fe2+重新被氧化为Fe3+，电子供体循环和Fe(II)/Fe(III)循环，加速污染物的氧化降解进而矿化为CO2和H2O。该方法易于操作，成本低，环境友好，在环境污染治理领域有着巨大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法。
背景技术
有机废水是一类难降解的废水。其中印染废水排放量大，有机污染物含量高，种类复杂，且对环境的危害较大而引起了广泛的关注。由于印染废水中有机污染物化学结构的稳定性，毒性大，处理难度高，对其应用常规水处理技术，如物理方法、化学方法、物理化学方法和生物方法及其组合的方法但很难达到满意的处理效果。这些传统的水处理技术已受到严重的挑战，因而急需新的有效的方法来处理这类难降解废水。
高级氧化技术是以羟基自由基(·OH)为氧化剂，将难降解有机物氧化降解为低毒或无毒的小分子物质的一种新型化学氧化技术。传统的高级氧化技术是以产生·OH为氧化剂来降解污染物的方法。基于硫酸根自由基(SO4 -·)的高级氧化工艺(SR-AOPs)已被广泛应用于污染物去除和染料废水净化，一般采用活化过硫酸盐产生高活性的SO4 -·。SO4 -·的氧化还原电位与·OH接近，具有较高的氧化能力，可快速降解大多数有机污染物，将其矿化为CO2和无机酸。研究发现，SO4 -·在中性和酸性溶液中较稳定，在pH>8.5时，SO4 -·则会于水或OH-离子反应生成同样具有强氧化能力的·OH。
均相过渡金属离子(包括Fe2+、Ag+、Cu2+、Mn2+、Co2+等)活化过硫酸盐因运行条件温和、反应体系简单、反应高效迅速、无需外界提供能量等优点成为研究热点。研究证实，银离子(Ag+)活化过二硫酸盐效果最好，而钴离子(Co2+)活化过一硫酸盐效果最佳。但由于Ag+昂贵和Co2+的毒性，限制了其在水处理中的应用。二价铁离子(Fe2+)价格低廉、活化效果好且无毒害，是研究最为广泛的活化过硫酸盐的过渡金属离子，然而Fe2+容易被氧化成三价铁离子(Fe3+)，需要持续加入Fe2+维持反应继续，且Fe2+的保存对pH和无氧环境要求较高，很大程度上制约了该技术的发展。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明提供的一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，向待处理的水样中，投入三价铁离子的盐与过硫酸盐，用硫酸调节pH值为2.5～3.5，利用Fe3+/S2O8 2-二元体系降解废水中的蒽醌类、偶氮类、咕吨类有机污染物。
进一步的，所述有机污染物的浓度为0.05-0.3mM。
进一步的，所述三价铁离子的盐的投加量为0.3～1.2mM，所述三价铁离子的盐包括氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的任一种。
进一步的，所述三价铁离子的盐为九水硝酸铁，所述九水硝酸铁的投加量为0.6mM。
进一步的，所述过硫酸盐的投加量为1.5～7.5mM，所述过硫酸盐包括过一硫酸盐或过二硫酸盐中的一种。
进一步的，所述过硫酸盐为过二硫酸盐，所述过二硫酸盐的投加量为3mM。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明提供了一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，即向待处理的水样中，投入三价铁离子的盐与过硫酸盐，用硫酸调节pH值为2.5～3.5，S2O8 2-分解成少量的SO4 -·，SO4 -·与蒽醌类、偶氮类、咕吨类等有机污染物反应生成氢醌、苯醌等电子供体中间体，电子供体提供电子使Fe3+转化为Fe2+，Fe2+活化S2O8 2-生产大量SO4 -·、·OH和少量O2 -·自由基，自由基高氧化性氧化降解污染物，且Fe2+重新被氧化为Fe3+，电子供体循环和Fe(II)/Fe(III)循环，加速污染物的氧化降解进而矿化为CO2和H2O。
(2)本发明提供的处理方法通过资源化、低污染、低成本的方法活化过硫酸盐，使其产生大量SO4 -·和·OH降解染料污染物，不仅开拓了过硫酸盐的活化方法，还能解决现有物理活化过硫酸盐的方法存在的高能耗，以及Fe2+活化过硫酸盐方法存在的不稳定的技术缺陷。
(3)而且本发明提供的处理方法对无机阴离子和天然有机质的干扰有很强的抗性，可以应用于天然水体中典型有机污染物的去除，尤其对存在Fe3+污染的水和土壤的处理有很大潜力。
(4)本发明提供的处理方法反应温和，易于操作，成本低，无外加能源，环境友好，在环境污染治理领域有着巨大的应用前景。
附图说明
图1为Fe3+/S2O8 2-体系对4种染料脱色效果去除能力比较图；
图2为Fe3+/S2O8 2-体系对自然水体配制模拟活性艳蓝废水的处理效果比较图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图和实施例对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1
构建Fe3+活化过二硫酸盐(S2O8 2-)均相体系处理染料类有机污染物：
取三个反应容器置于简易机械搅拌装置上，将0.02克橙黄II、0.0274克罗丹明B、0.04克活性艳蓝分别溶于装有200mL纯水的烧杯中，用硫酸调节pH为3，向3个反应容器中添加0.1428克过二硫酸钠和1mL 120mM的九水硝酸铁溶液，于室温下反应一定时间后，使用紫外分光光度计检测该体系对橙黄II、罗丹明B和活性艳蓝这三种染料各自的处理效果。(该体系中，橙黄Ⅱ溶液浓度：100mg/L；罗丹明B浓度：137mg/L；活性艳蓝：200mg/L；S2O8 2-的浓度：3mM；Fe3+浓度为0.6mM)
对比例1
构建单独Fe3+体系处理染料类有机污染物：
取三个反应容器置于简易机械搅拌装置上，将0.02克橙黄II、0.0274克罗丹明B、0.04克活性艳蓝分别溶于装有200mL纯水的烧杯中，调节pH为3，向3个反应容器中1mL120mM的九水硝酸铁溶液，于室温下反应一定时间后，使用紫外分光光度计检测该体系对橙黄II、罗丹明B和活性艳蓝这三种染料各自的处理效果。(该体系中，橙黄Ⅱ溶液浓度：100mg/L；罗丹明B浓度：137mg/L；活性艳蓝：200mg/L；Fe3+浓度为0.6mM)
对比例2
构建单独过二硫酸盐(S2O8 2-)体系处理染料类有机污染物：
取三个反应容器置于简易机械搅拌装置上，将0.02克橙黄II、0.0274克罗丹明B、0.04克活性艳蓝分别溶于装有200mL纯水的烧杯中，调节pH为3，向3个反应容器中分别添加0.1428克过二硫酸钠，于室温下反应一定时间后，使用紫外分光光度计检测该体系对橙黄II、罗丹明B和活性艳蓝这三种染料各自的处理效果。(该体系中，橙黄Ⅱ溶液浓度：100mg/L；罗丹明B浓度：137mg/L；活性艳蓝：200mg/L；S2O8 2-的浓度：3mM)
实施例1和对比例1、对比例2对三种染料脱色效果结果如表1所示：
表1单独Fe3+和单独S2O8 2-及Fe3+/S2O8 2-对3种染料脱色效果
由表1可知，单独Fe3+或单独S2O8 2-条件下对以上3种染料去除效果甚微，但Fe3+/S2O8 2-在pH为3条件下反应180min后对橙黄Ⅱ、罗丹明B、活性艳蓝的去除效果依次为90.8％、99.61％、98.52％。
实施例2
构建Fe3+活化过二硫酸盐(S2O8 2-)均相体系处理不同有机污染物的研究。
试验1：取浓度为100mg/L的橙黄II溶液200mL，加入3mM的S2O8 2-，0.6mM的Fe3+，调节pH为3，室温下反应180min。
试验2：取浓度为137mg/L的罗丹明B溶液200mL，加入3mM的S2O8 2-，0.6mM的Fe3+，调节pH为3，室温下反应180min。
试验3：取浓度为200mg/L的活性艳蓝溶液200mL，加入3mM的S2O8 2-，0.6mM的Fe3+，调节pH为3，室温下反应180min。
试验4：取浓度为93.6mg/L的甲基橙溶液200mL，加入3mM的S2O8 2-，0.6mM的Fe3+，调节pH为3，室温下反应180min。
如图1所示，为Fe3+/S2O8 2-体系对4种染料脱色效果去除能力比较图，反应60min后，Fe3+/S2O8 2-对罗丹明B和活性艳蓝的去除效果分别为93.2％和93.6％。反应180min后，Fe3+/S2O8 2-对橙黄II和甲基橙的去除效率分别为90.8％和92.85％。
实施例3
分别用东湖水和长江水配制活性艳蓝溶液模拟染料废水，研究Fe3+/S2O8 2-体系对活性艳蓝的去除效果。
试验5：配制含浓度为200mg/L的活性艳蓝的长江水200mL，加入3mM的S2O8 2-，0.6mM的Fe3+，调节pH为3，室温下反应60min。
试验6：配制含浓度为200mg/L的活性艳蓝的东湖水200mL，加入3mM的S2O8 2-，0.6mM的Fe3+，调节pH为3，室温下反应60min。
如图2所示，为Fe3+/S2O8 2-体系对自然水体配制模拟活性艳蓝废水的处理效果比较图，在1小时内使含有活性艳蓝的长江水的褪色率达到91.60％，东湖水配制的活性艳蓝去除率也有相似的结果，即在1小时内使含有活性艳蓝的东湖水的褪色率达到91.20％。说明Fe3+/S2O8 2-在自然水体具有较好的实际应用价值。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，其特征在于：向待处理的水样中，投入三价铁离子的盐与过硫酸盐，用硫酸调节pH值为2.5～3.5，利用Fe3+/S2O8 2-二元体系降解废水中的蒽醌类、偶氮类、咕吨类有机污染物。
2.如权利要求1所述的一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，其特征在于：所述有机污染物的浓度为0.05～0.3mM。
3.如权利要求1所述的一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，其特征在于：所述三价铁离子的盐的投加量为0.3～1.2mM，所述三价铁离子的盐包括氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的任一种。
4.如权利要求3所述的一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，其特征在于：所述三价铁离子的盐为九水硝酸铁，所述九水硝酸铁的投加量为0.6mM。
5.如权利要求1所述的一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，其特征在于：所述过硫酸盐的投加量为1.5～7.5mM，所述过硫酸盐包括过一硫酸盐或过二硫酸盐中的一种。
6.如权利要求5所述的一种采用Fe3+/S2O8 2-二元体系去除污染物的方法，其特征在于：所述过硫酸盐为过二硫酸盐，所述过二硫酸盐的投加量为3mM。
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