CN114057279A

CN114057279A - 一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法

Info

Publication number: CN114057279A
Application number: CN202111320456.2A
Authority: CN
Inventors: 吴少华; 周紫阳; 梁宇坚; 黄金波; 杨春平; 王岳; 李翔; 钟袁元
Original assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Current assignee: Guangdong University of Petrochemical Technology
Priority date: 2021-11-09
Filing date: 2021-11-09
Publication date: 2022-02-18
Anticipated expiration: 2041-11-09
Also published as: CN114057279B

Abstract

本发明公开了一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，该方法是在利用铁盐活化过硫酸盐催化降解有机污染物的体系中加入水热炭，其中水热炭由椰子纤维经水热碳化处理后制备得到。本发明利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，不仅可以实现废弃物有效再利用，而且还具有材料制备简单和制备价格低廉、处理成本低、绿色环保、再生Fe(II)效能高、适用宽范围pH、抗水基质干扰能力强、降解效率高、无铁泥沉淀和二次污染等优点，由此构建的水热炭/Fe(III)/PMS氧化体系能够高效去除不同环境媒介中不同类型的有机污染物，使用价值高，应用前景好。

Description

一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法

技术领域

本发明属于环境污染修复领域，涉及一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法。

背景技术

药品和个人护理品、清洁剂、抗生素等是水体中典型的有机污染物。常规的水处理技术去除能力有限，有毒且难处理有机污染物的存在将增加下一阶段废水处理的复杂性，同时对人类和生态系统可能将造成严重威胁。

近年来，基于硫酸根自由基(SO₄ ^·-)的过硫酸盐高级氧化技术因其经济、高效、环境友好、安全稳定等优点受到广泛关注。过硫酸盐包括过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐，其中PMS由于结构不对称性而更容易被活化。PMS可通过多种方法(如热、光、碱和过渡金属等)活化产生SO₄ ^·-。例如，钴离子(Co(II))是PMS的最佳活化剂，但其毒性大。相比而言，亚铁离子(Fe(Ⅱ))因其价格低廉、地壳丰富和环境友好等优点而成为有前途的替代者。Fe(II)/PMS活化过程可以分为两个阶段，第一阶段是初始添加剂Fe(II)与PMS之间的反应(快速反应)，第二阶段是来自Fe(III)还原的Fe(II)与PMS之间的反应(缓慢反应)。然而，在活化过程中，Fe(Ⅱ)易被快速氧化成Fe(Ⅲ)，而Fe(III)再生为Fe(II)的速率大小是限制SO₄ ^·-生成的关键步骤，若Fe(III)再生为Fe(II)的速率缓慢，则容易降低Fe(II)/PMS体系的氧化能力，同时在中性碱性条件下Fe(III)的积累会导致铁沉淀的产生，容易增加处理成本。为了应对上述挑战，已经进行了许多努力来增强Fe(III)/Fe(II)循环，例如紫外线照射、添加还原剂(如羟胺、二硫化钼)和螯合剂(如焦磷酸盐、原儿茶酸、α-羟基酸、乙二胺四乙酸)，然而这些方法存在高能量输入、金属溶出或因螯合剂引入造成化学需氧量增加和毒性等问题，与此同上，上述方法中也仍然存在对增强Fe(III)/Fe(II)循环效果不理想的缺陷，这限制了它们的大规模应用。因此，开发环境友好、低成本和高效的方法来提升Fe(III)/Fe(II)循环是亟需的。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种环境友好、低成本、高效的利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，在利用铁盐活化过硫酸盐催化降解有机污染物的体系中加入水热炭；所述水热炭由椰子纤维经水热碳化处理后制备得到。

上述的方法，进一步改进的，所述水热炭的制备方法包括以下步骤：

S1、将椰子纤维与水混合，得到椰子纤维混合悬浊液；

S2、将步骤S1中得到的椰子纤维混合悬浊液进行水热碳化处理，得到水热炭。

上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述水热碳化处理的温度为140℃～200℃；所述水热碳化处理的时间为6小时～24小时。

上述的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述椰子纤维与水的质量体积比为1g∶100mL～1g∶5mL；所述椰子纤维与水混合后继续搅拌20min～60min。

上述的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述水热碳化处理在高压反应釜中进行；所述水热碳化处理后还包括以下处理：对产物溶液依次进行过滤、洗涤和干燥；所述洗涤为依次采用水和乙醇对过滤后的沉淀物进行清洗；所述干燥的温度为60℃～105℃。

上述的方法，进一步改进的，利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解水体中的有机污染物，包括以下步骤：将水热炭、铁盐、过硫酸盐和有机污染物废水混合进行氧化降解反应，完成对废水中有机污染物的降解。

上述的方法，进一步改进的，所述水热炭的添加量为每升有机污染物废水中添加水热炭0.15g～0.3g。

上述的方法，进一步改进的，所述过硫酸盐的添加量为每升有机污染物废水中添加过硫酸盐0.2mmol～1.0mmol；所述铁盐的添加量为每升有机污染物废水中添加铁盐0.05mmol～0.5mmol。

上述的方法，进一步改进的，所述过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐；所述过一硫酸盐为过一硫酸钾；所述过二硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种；所述铁盐为三价铁盐和/或二价铁盐；所述三价铁盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、醋酸铁中的至少一种；所述二价铁盐为七水合硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵中的至少一种。

上述的方法，进一步改进的，所述有机污染物废水中的有机污染物为苯甲酸、四环素、苯酚、双酚A或磺胺甲恶唑中的至少一种；所述有机污染物废水中的有机污染物的初始浓度为5μmol/L～40μmol/L。

上述的方法，进一步改进的，所述氧化降解反应过程中控制体系的初始pH值为3～9；所述氧化降解反应的温度为20℃～50℃；所述氧化降解反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为100rpm～250rpm；所述氧化降解反应的时间为10min～30min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，在利用铁盐活化过硫酸盐催化降解有机污染物的体系中加入水热炭，其中水热炭由椰子纤维经水热碳化处理后制备得到。本发明中，以椰子纤维为原料，通过水热碳化法制备出的水热炭，进而利用其优异的氧化还原特性来再生Fe(II)，从而提升Fe(III)/PMS氧化体系中活性物种的浓度和减少Fe(III)絮凝沉淀，进而构建得到以硫酸根自由基和高价态铁为主的自由基/非自由基共存氧化体系，最终实现对环境媒介中有机污染物的高效降解。相比先前报道的无机均相还原剂(如羟胺、亚硫酸盐)而言，本发明中，水热炭具有无额外化学需氧量、生态毒性引入、成本低廉、易于回收和循环利用等优势；相比金属类还原剂而言，本发明的水热炭无金属溶出而造成的二次污染问题；相比报道的碳材料，特别是高温热解法制备的生物炭，本发明的水热炭由椰子纤维经水热碳化处理后制备得到，该工艺具有操作简单、产量高等优点，且制得的生物炭具有含氧官能团丰富、还原再生Fe(II)能力强等优势，对提升Fe(III)/PMS氧化体系中活性物种的浓度和减少Fe(III)絮凝沉淀的效果更加明显，能够更加高效、彻底的催化降解有机污染物。因此，本发明利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，不仅可以实现废弃物有效再利用，而且还具有材料制备简单和制备价格低廉、处理成本低、绿色环保、再生Fe(II)效能高、适用宽范围pH、抗水基质干扰能力强、降解效率高、无铁泥沉淀和二次污染等优点，由此构建的水热炭/Fe(III)/PMS氧化体系能够高效去除不同环境媒介中不同类型的有机污染物，使用价值高，应用前景好。

(2)本发明中，优化了水热炭制备过程中水热碳化处理条件，具体是将水热碳化处理的温度优化为140℃～200℃，时间优化为6小时～24小时，在不破坏碳结构的前提下能能制备得到官能团更加丰富且氧化还原特性更加优异的椰子纤维水热炭。

(3)本发明中，优化了水热炭的添加量，具体是在每升有机污染物废水中添加水热炭0.15g～0.3g，更有利于提升催化降解体系的降解能力，从而能够更加高效、彻底的去除水体中的有机污染物，这是因为当椰子纤维水热炭添加量较低(如添加量为0.1g/L)时，椰子纤维水热炭表面还原Fe(III)的活性位点和官能团不足，导致产生的活性物种的含量不足以有效降解磺胺甲恶唑；而当椰子纤维水热炭添加量过多(如添加量为0.5g/L)时，椰子纤维水热炭对Fe(III)的吸附能力显著增强，导致Fe(III)快速结合到椰子纤维水热炭表面而难以有效释放还原的Fe(II)到溶液中，造成难以持续有效活化，因而整体降解效率下降。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中制得的椰子纤维原料、椰子纤维水热炭的不同放大倍数扫描电镜图。

图2为本发明实施例1中制得的椰子纤维原料、椰子纤维水热炭和椰子纤维生物炭的红外光谱图。

图3为本发明实施例1中不同生物质原料制得的水热炭存在下对Fe(III)/过一硫酸盐氧化体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。

图4为本发明实施例1中不同反应条件下构建体系对磺胺甲恶唑的去除动力学图。

图5为本发明实施例1中不同构建体系下Fe(II)生成浓度变化图。

图6为本发明实施例2中不同添加量条件下椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。

图7为本发明实施例3中不同初始pH条件下椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。

图8为本发明实施例4中不同阴离子存在下椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

除了生物质原料，以下实施例中所采用的原料和仪器均为市售。以下实施例中，若无特别说明，所得数据均是三次以上重复实验的平均值。本发明中，采用的椰子纤维由椰子内外壳中间的纤维经烘干后得到，但不仅限于此。

实施例1

一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，在利用铁盐活化过硫酸盐催化降解有机污染物的体系中加入水热炭，具体是利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解水体中的有机污染物，包括以下步骤：

取100mL、摩尔浓度为25.0μM的磺胺甲恶唑溶液于250mL锥形瓶中，使用稀硫酸控制溶液pH在3.0±0.1(除非特殊说明)，同时加入不同类型生物质原料制备的水热炭、硫酸铁(Fe(III))和过一硫酸氢钾复合盐(PMS)，引发反应，其中反应体系中水热炭、Fe(III)和PMS的剂量分别为0.2g/L、0.2mmol/L和0.2mmol/L，反应在水浴摇床中进行，转速150rpm，温度30℃，反应时间30min，完成对水体中磺胺甲恶唑的降解。

本实施例中，采用的水热炭为不同生物质原料衍生的水热炭的制备方法，包括以下步骤：

采集不同生物质原料(包括椰子纤维、甘蔗渣、水稻秸秆、桉树叶、芭蕉叶、锯末)，用水洗净后置于烘箱中60℃下烘干。随后剪碎成小的块状或长条状，再放入机械粉碎机中粉碎，密封后置于干燥器内保存备用。称取1.0克粉碎的生物质原料，与30mL的超纯水混合，并放入磁力搅拌机中搅拌半个小时。然后倒入聚四氟乙烯反应釜中，密封；放于烘箱中，在180℃下水热碳化反应12小时。冷却至室温后，静置分层后倒出表面油状物。用超纯水和甲醇分别洗涤三次，再用抽滤装置分离固体，得到的固体置于烘箱中105℃干燥，研磨，置于干燥器中备用。

为了对比不同制备方法对Fe(III)/PMS氧化性能的影响，本实施例中还考察了采用高温热解法来制备椰子纤维生物炭，详细方法如下：

称取3.0克椰子纤维置于管式炉中白色磁舟内，在氮气气氛下以5℃/min的升温速率到达500℃，保持温度煅烧2小时，冷却后置于真空干燥器中，标记为椰子纤维生物炭。

为了对比化学试剂衍生的水热炭的性能，以葡萄糖作为基准材料，制备了葡萄糖水热炭。葡萄糖水热炭的制备方法，包括以下步骤：

以商业化化学试剂葡萄糖为生物质原料，称取1.0克葡萄糖，与30mL的超纯水混合，并放入磁力搅拌机中搅拌半个小时。然后倒入聚四氟乙烯反应釜中，密封；放于烘箱中，在180℃下水热碳化反应12小时。冷却至室温后，静置分层后倒出表面油状物。最后，重复三次操作，再用抽滤装置分离固体，得到的固体置于烘箱中105℃干燥，研磨，置于干燥器中备用。

将本发明实施例1中制备的椰子纤维原料、椰子纤维水热炭和椰子纤维生物炭用扫描电镜和红外光谱仪分析，结果如图1-2所示。

图1为本发明实施例1中制得的椰子纤维原料、椰子纤维水热炭的不同放大倍数扫描电镜图。由图1a-c可知，椰子纤维原料呈现不规则的片层结构。经过水热180℃反应12小时后，获得椰子纤维水热碳(图1d-f)。其形貌没有显著变化，但尺寸显著减少，同时伴随着小颗粒物质附着在表面，这表明水热反应在高温高压下可以减少材料的尺寸。

图2为本发明实施例1中制得的椰子纤维原料、椰子纤维水热炭和椰子纤维生物炭的红外光谱图。由图2可知，经过水热碳化反应后，椰子纤维原料与其衍生的水热炭上表面有机官能团的类型与含量没有显著变化。然而，在500℃下热解制备的生物炭，其有机官能团显著减少。因此，水热碳化法有利于维持碳材料的有机官能团，从而能够加速催化反应。

上述这些结果表明，相比高温热解法，本发明通过水热碳化法制备的椰子纤维水热炭具有丰富的有机官能团，并且颗粒尺寸更小，从而有利于还原再生Fe(II)，进而提升反应效能。

本实施例中，在进行高效液相分析之前，在指定的时间间隔吸取1.0mL样品，用0.45μm过滤器过滤，并加入15μL摩尔浓度为1.0mol/L的硫代硫酸钠溶液淬灭，测定样品中磺胺甲恶唑的浓度，进而计算得到磺胺甲恶唑的降解效率，结果如图3、4所示。

图3为本发明实施例1中不同生物质原料制得的水热炭存在下对Fe(III)/PMS氧化体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。如图3所示，结果表明：在不添加水热炭的情况下，Fe(III)/PMS氧化体系降解磺胺甲恶唑的效率有限，在30分钟内仅为5.0％。然而，当添加不同类型的生物质原料衍生的水热炭时，磺胺甲恶唑的降解效率均能增加，这表明水热炭的引入能够提升Fe(III)/PMS的氧化效能。具体而言，分别使用芭蕉叶、水稻秸秆、桉树叶、锯末、甘蔗渣和椰子纤维作为原料时，降解效率分别为8.7％、9.1％、11.2％、11.7％、14.6％和90.3％。特别是以椰子纤维为原料时，其降解性能显著提升，降解效率高达90.3％。

图4为本发明实施例1中不同反应条件下构建体系对磺胺甲恶唑的去除动力学图。如图4所示，以化学试剂葡萄糖为原料，制备出的葡萄糖水热炭对Fe(III)/PMS氧化体系具有较好的强化作用，在30分钟内降解效率为58.6％，明显高于Fe(III)/PMS氧化体系以及其他生物质原料(除了椰子纤维)衍生的水热炭。尽管如此，葡萄糖水热炭/Fe(III)/PMS体系对磺胺甲恶唑的降解效率仍远低于椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系对磺胺甲恶唑的降解效率，降解速率也降低了2.7倍(图4)。这些结果表明以椰子纤维为生物质原料制备的水热炭在提升Fe(III)/PMS体系氧化能力方面显著优于商业化化学试剂衍生的水热炭。同时生物质原料丰富、价格低廉，具有废弃物资源化管理与污水处理应用的双重优势，因而更具有应用前景。此外，我们分析了以椰子纤维水热炭为主的构建体系的动力学过程(图4)。单独的椰子纤维水热炭对磺胺甲恶唑的去能效能有限，在30分钟内仅为8.8％。而且椰子纤维活化PMS的效率较低，降解效率基本等同于Fe(III)/PMS体系。采用一级动力学方程来拟合降解过程，椰子纤维的引入显著提升Fe(III)/PMS体系的氧化动力学速率至14.1倍，进一步表明椰子纤维作为水热炭原料的显著优势。同时，我们对比了不同制备方法(水热碳化法和高温热解法)对椰子纤维衍生的碳材料的性能影响。结果表明，水热碳化法制备的椰子纤维水热炭对Fe(III)/PMS体系性能的提升远远高于高温热解法制备的椰子纤维生物炭对Fe(III)/PMS体系性能的提升(31.7％)，降解效率和速率分别增加了58.6％和5.7倍。这些结果突出了水热碳化法制备生物炭材料在提升Fe(III)/PMS体系的优势。

同时，我们也监测了反应过程中Fe(III)还原为Fe(II)的浓度变化，结果如图5所示。图5为本发明实施例1中不同构建体系下Fe(II)生成浓度变化图。如图5所示，在单独Fe(III)或Fe(III)/PMS体系中，Fe(II)生成浓度随反应时间延长呈现出一个快速上升(1分钟内)然后稳定的趋势，并且Fe(II)生成浓度很低，分别仅为5.4μmmol/L和10.4μmmol/L。然而，在椰子纤维水热炭/Fe(III)体系中，Fe(III)还原为Fe(II)的速率显著增强并供给高浓度Fe(II)，在30分钟内Fe(II)生成浓度达到77.9μmmol/L，分别是Fe(III)和Fe(III)/PMS体系Fe(II)生成浓度的14.4倍和7.5倍。同时，在椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系中Fe(II)生成浓度高于Fe(III)/PMS体系中Fe(II)生成浓度。

根据这些结果表明，以生物质为原料制备的水热炭能够强化Fe(III)/PMS体系的氧化效能，同时水热碳化法制备的水热炭对Fe(III)/PMS体系的性能提升要优于高温热解法。特别是，椰子纤维纤维水热炭具有丰富的有机官能团、优异的氧化还原特性和较小的尺寸，使得其能够持续高效还原Fe(III)为Fe(II)，从而供给高浓度Fe(II)以活化PMS产生大量的活性物种，实现目标污染物的有效降解。

实施例2

考察本发明椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系中椰子纤维水热炭添加量的最优比例，包括以下步骤：

取100mL、摩尔浓度为25.0μM的磺胺甲恶唑溶液于250mL锥形瓶中，使用稀硫酸控制溶液pH在3.0±0.1(除非特殊说明)，同时加入不同类型生物质原料制备的水热炭、硫酸铁(Fe(III))和过一硫酸氢钾复合盐(PMS)，引发反应，其中反应体系中水热炭、Fe(III)和PMS的剂量分别为0.02-1.0g/L、0.2mmol/L和0.2mmol/L，反应在水浴摇床中进行，转速150rpm，温度30℃，反应时间30min，完成对水体中磺胺甲恶唑的降解。

本实施例中，在进行高效液相分析之前，在指定的时间间隔吸取1.0mL样品，用0.45μm过滤器过滤，并加入15μL摩尔浓度为1.0mol/L的硫代硫酸钠溶液淬灭，测定样品中磺胺甲恶唑的浓度，进而计算得到磺胺甲恶唑的降解效率，结果如图6所示。

图6为本发明实施例2中不同添加量条件下椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。由图6可知，构建的催化体系随椰子纤维水热炭添加量在0.02g/L～0.2g/L范围内增加而降解效率增加，在30分钟内降解效率持续增加。当椰子纤维水热炭添加量为0.2g/L时，降解效率在30分钟内达到最佳，为90.3％。然而，当椰子纤维水热炭添加量进一步增加时，尽管降解效率在10分钟内增加，但随后降解效率基本保持不变，且反而低于椰子纤维水热炭添加量为0.2g/L的降解效率。并且，最终降解效率随椰子纤维水热炭的添加量增加而降解效率下降，这可能归因于过量的椰子纤维水热炭对Fe(III)的吸附能力显著增加，导致释放到溶液中的Fe(II)减少，不利于活化反应进行。例如，当椰子纤维水热炭添加量为0.5g/L，降解效率在10分钟达到61.3％，比椰子纤维水热炭添加量为0.2g/L时的降解效率高16.0％，然而在30分钟内，最终降解效率反而要低19.1％。结果表明，当椰子纤维水热炭添加量为0.15g/L-0.3g/L时，更有利于实现对有机污染物的有效降解。

实施例3

考察本发明椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系对不同初始pH值条件下的适用性，包括以下步骤：

取100mL、摩尔浓度为25.0μM的磺胺甲恶唑溶液于250mL锥形瓶中，以上溶液配置4份，使用稀硫酸或稀氢氧化钠来控制溶液pH，分别为3.0、5.0、7.0、和9.0，同时加入实施例1中制得的椰子纤维水热炭(以椰子纤维为原料经水热碳化处理后获得)、硫酸铁(Fe(III))和过一硫酸氢钾复合盐(PMS)，引发反应，其中反应体系中椰子纤维水热炭、Fe(III)和PMS的剂量分别为0.2g/L、0.2mmol/L和0.2mmol/L，反应在水浴摇床中进行，转速150rpm，温度30℃，反应时间30min，完成对水体中磺胺甲恶唑的降解。

本实施例中，在进行高效液相分析之前，在指定的时间间隔吸取1.0mL样品，用0.45μm过滤器过滤，并加入15μL摩尔浓度为1.0mol/L的硫代硫酸钠溶液淬灭，测定样品中磺胺甲恶唑的浓度，进而计算得到磺胺甲恶唑的降解效率，结果如图7所示。

图7为本发明实施例3中不同初始pH条件下椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。由图7可知，构建的催化体系降解水中磺胺甲恶唑的效能受pH值影响较小，这表明椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系能够适用于宽范围pH环境，因而具有很好的应用前景。

实施例4

考察本发明椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系对水中不同阴离子的适用性，包括以下步骤：

取100mL、摩尔浓度为25.0μM的磺胺甲恶唑溶液于250mL锥形瓶中，以上溶液配置3份，分别加入氯化钠、硫酸钠、硝酸纳，使溶液中氯离子、硫酸根离子和硝酸根离子的摩尔浓度为5.0mmol/L，然后使用稀硫酸控制溶液pH在3.0±0.1(除非特殊说明)。随后，同时加入实施例1中制得的椰子纤维水热炭(以椰子纤维为原料经水热碳化处理后获得)、硫酸铁(Fe(III))和过一硫酸氢钾复合盐(PMS)，引发反应，其中反应体系中椰子纤维水热炭、Fe(III)和PMS的剂量分别为0.2g/L、0.2mmol/L和0.2mmol/L。反应在水浴摇床中进行，转速150rpm，温度30℃，反应时间30min，完成对水体中磺胺甲恶唑的降解。

本实施例中，在进行高效液相分析之前，在指定的时间间隔吸取1.0mL样品，用0.45μm过滤器过滤，并加入15μL摩尔浓度为1.0mol/L的硫代硫酸钠溶液淬灭，测定样品中磺胺甲恶唑的浓度，进而计算得到磺胺甲恶唑的降解效率，结果如图8所示。

图8为本发明实施例4中不同阴离子存在下椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系降解水中磺胺甲恶唑的降解效果图。由图8可知，构建的催化体系降解水中磺胺甲恶唑的效能收无机盐的影响较小，这表明椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系能够适用于不同水环境组分的水体，因而具有很好的应用前景。

由此上述结果可知，本发明中，以椰子纤维为原料制备的水热炭具有高还原Fe(III)能力和有机污染物降解效能，其性能甚至优于化学试剂葡萄糖衍生的水热炭效能。同时，该制备方法也优于高温碳化法制备的生物炭，具有高还原能力、产量高、材料制备简单等优势。此外，构建的椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS体系能够在宽范围pH内高效工作，并耐受水中无机盐的干扰，在实际水体中具有高应用潜力，这些优势为废弃物资源化利用及其水中有机污染物的去除应用提供了一种高效方法。因此，本发明利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，不仅可以实现废弃物有效再利用，而且还具有材料制备简单和制备价格低廉、处理成本低、绿色环保、再生Fe(II)效能高、适用宽范围pH、抗水基质干扰能力强、降解效率高、无铁泥沉淀和二次污染等优点，由此构建的椰子纤维水热炭/Fe(III)/PMS氧化体系能够高效去除不同环境媒介中不同类型的有机污染物，使用价值高，应用前景好。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解有机污染物的方法，其特征在于，在利用铁盐活化过硫酸盐催化降解有机污染物的体系中加入水热炭；所述水热炭由椰子纤维经水热碳化处理后制备得到。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水热炭的制备方法包括以下步骤：

S1、将椰子纤维与水混合，得到椰子纤维混合悬浊液；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述水热碳化处理的温度为140℃～200℃；所述水热碳化处理的时间为6小时～24小时。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述椰子纤维与水的质量体积比为1g∶100mL～1g∶5mL；所述椰子纤维与水混合后继续搅拌20min～60min；

步骤S2中，所述水热碳化处理在高压反应釜中进行；所述水热碳化处理后还包括以下处理：对产物溶液依次进行过滤、洗涤和干燥；所述洗涤为依次采用水和乙醇对过滤后的沉淀物进行清洗；所述干燥的温度为60℃～105℃。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的方法，其特征在于，利用水热炭来加速铁循环以促进催化降解水体中的有机污染物，包括以下步骤：将水热炭、铁盐、过硫酸盐和有机污染物废水混合进行氧化降解反应，完成对废水中有机污染物的降解。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述水热炭的添加量为每升有机污染物废水中添加水热炭0.15g～0.3g。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐的添加量为每升有机污染物废水中添加过硫酸盐0.2mmol～1.0mmol；所述铁盐的添加量为每升有机污染物废水中添加铁盐0.05mmol～0.5mmol。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过一硫酸盐和/或过二硫酸盐；所述过一硫酸盐为过一硫酸钾；所述过二硫酸盐为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种；所述铁盐为三价铁盐和/或二价铁盐；所述三价铁盐为硫酸铁、氯化铁、硝酸铁、醋酸铁中的至少一种；所述二价铁盐为七水合硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵中的至少一种。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述有机污染物废水中的有机污染物为苯甲酸、四环素、苯酚、双酚A或磺胺甲恶唑中的至少一种；所述有机污染物废水中的有机污染物的初始浓度为5μmol/L～40μmol/L。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述氧化降解反应过程中控制体系的初始pH值为3～9；所述氧化降解反应的温度为20℃～50℃；所述氧化降解反应在搅拌条件下进行；所述搅拌的转速为100rpm～250rpm；所述氧化降解反应的时间为10min～30min。