CN114314736B - 一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法，它属于水处理技术领域，具体涉及一种基于光辐照和氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法。本发明的目的是要解决传统水处理技术难以将地表水、饮用水、污水、工业废水、地下水、再生水或雨水中多种污染物高效去除的问题。方法：向含有污染物的水体中加入氯代三聚氰酸，再进行光辐照，氯代三聚氰酸在光辐照下活化使污染物降解。与现有技术相比，本发明简单易行，无需复杂的设备和苛刻的反应条件，适用范围广，为水的深度处理提供理论支持，且在实际运用中有较高的实践价值。本发明可获得一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法。

Description

一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于光辐照和氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法。
背景技术
近年来，随着全球范围现代化进程的不断加快，人类的生活水平和生产方式在不断提高，药品和个人护理产品(PPCP)包括所有药物(如抗生素、非甾体抗炎药、镇痛药、诊断剂等)和个人护理产品(洗发水、牙膏、肥皂、香水、防晒剂、皮肤抗衰老制剂等)，广泛用于治疗疾病和提高日常生活质量。PPCP每年的全球消费量超10000吨，也将导致区域水体污染，尤其是人口密集城市附近的水体及相应沉积物中发现并检测到多达112种PPCPs，大部分浓度在ng/L级别。由于PPCP与持久性有机污染物的风险相似性，持续向环境中引入PPCP等污染物对水生生态系统和人类健康具有负面影响。
目前国内外去除水环境中污染物常用的方法包括生物法、物化法和电化学法等。生物处理具有效率高、成本低等特点。然而由于污染物对微生物的毒害作用，使其无法有效降解和矿化抗生素。物理化学方法可以直接快速地从废水中去除污染物，但仅能将污染物从液相转移到固相，无法实现降解完全，且成本较高。如何处理污染物已经成为水处理的一个长期挑战。
光辐照消毒技术常应用于给水处理厂及污水处理厂的深度处理环节，通过光辐射诱导的光化学反应完成消毒任务。然而单独光辐照对于污染物去除效率较差，常耦合氯产生强氧化性羟基自由基、氯自由基和氯氧自由基协同降解污染物。但是，实际微污染水体中含有大量无机盐离子及溶解性有机物，极大地削弱了紫外/氯氧化工艺去除污染物的能力，限制该技术在实际水处理中的应用。因此，亟需开发一种新型净水技术，以解决现有技术的不足。
发明内容
本发明的目的是要解决传统水处理技术难以将地表水、饮用水、污水、工业废水、地下水、再生水或雨水中多种污染物高效去除的问题，而提供一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法。
一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法，具体是按以下步骤完成的：
向含有污染物的水体中加入氯代三聚氰酸，再进行光辐照，氯代三聚氰酸在光辐照下活化使污染物降解。
本发明降解污染物的原理如下：
光辐照直接降解污染物：
污染物+光辐照→中间产物→CO2+H2O (1)
氯代三聚氰酸水解产生次氯酸钠和氯胺：
C3Cl2N3NaO3+5H2O→NaClO+3NH3+HClO+3CO2 (2)
NaClO+2NH3→NH2Cl+NaOH (3)
光辐照活化氯代三聚氰酸产生大量氧活性自由基降解污染物，其中羟基自由基是一种高效广谱的高级氧化自由基，可以对实际水体中各类污染物非选择性氧化降解，氯自由基和氮氧自由基是一种具有选择性的高氧化性自由基，对于含有亲电基团的有机物氧化降解效率高于羟基自由基。因此，在光辐照/氯代三聚氰酸体系中，羟基自由基、氯自由基和氮氧自由基协同作用，可以实现水体各类污染物的高效快速去除。
HOCl/OCl-+光辐照→HO·/O-·Cl· (4)
Cl·+2NH3→NH2Cl+NaOH (6)
NH2Cl+光辐照→·NH2+Cl· (7)
·NH2+O2→NH2O2· (8)
NH2O2·→·NO+H2O (9)
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
一、本发明简单易行，无需复杂的设备和苛刻的反应条件，适用范围广；在活化氯代三聚氰酸过程中不需要添加任何辅助试剂，仅通过光辐照即可高效活化氯代三聚氰酸；氯代三聚氰酸氯转化率高于60％，可以在光辐照下产生远高于等浓度条件下次氯酸钠的活性氧自由基，即解决了现有技术中活化效率低的问题，又避免了后处理设备的设置，避免了二次污染；
二、本发明利用光辐照活化氯代三聚氰酸产生大量羟基自由基、氯自由基、和氯氧自由基，同时，氯代三聚氰酸水解产生氯胺进一步产生强氧化性的氮氧自由基，能够同步进行水体中有机污染物去除和水体消毒，为水体深度处理提供理论支持，且在实际运用中有较高的实践价值；
三、本发明可以快速地去除水中的抗生素类污染物、个人护理品、双酚类污染物、内分泌干扰物、藻毒素、氨基酸、嗅味物质、天然有机物或污水厂出水有机物。
本发明可获得一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法。
附图说明
图1是阿特拉津在紫外体系、次氯酸钠体系、二氯异氰脲酸钠体系、紫外/次氯酸钠体系和紫外/二氯异氰脲酸钠体系的降解对比图；
图2是甲硝唑在紫外体系、次氯酸钠体系、二氯异氰脲酸钠体系、紫外/次氯酸钠体系和紫外/二氯异氰脲酸钠体系的降解对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
具体实施方式一：本实施方式一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法具体是按以下步骤完成的：
向含有污染物的水体中加入氯代三聚氰酸，再进行光辐照，氯代三聚氰酸在光辐照下活化使污染物降解。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的氯代三聚氰酸为二氯异氰脲酸钠、二氯异氰脲酸钾和三氯异氰脲酸中的任意一种或组合。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的光辐照是采用太阳光、低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、卤素灯、氙灯、黑灯、真空紫外灯、极紫外灯、X射线、α射线和γ射线中的任意一种或组合。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的光辐照的方式为过流式、浸没式或表面辐照式。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的含有污染物的水体中污染物的浓度为10μg/L～100g/L。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的氯代三聚氰酸的投加量与水体中污染物的摩尔比为(5～100):1。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的含有污染物的水体的pH值为3.0～11.0。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的降解时间为5min～480min。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：所述的含有污染物的水体中的污染物为抗生素类污染物、个人护理品、双酚类污染物、内分泌干扰物、藻毒素、氨基酸、嗅味物质、天然有机物或污水厂出水有机物中的一种或组合。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：所述的含有污染物的水体为含有污染物的地表水、饮用水、污水、工业废水、地下水、再生水或雨水。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：紫外光活化二氯异氰脲酸钠对阿特拉津的降解：
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的阿特拉津水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入二氯异氰脲酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图1中“△”所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的阿特拉津水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图1中“◇”所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的阿特拉津水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入次氯酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图1中所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的阿特拉津水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入二氯异氰脲酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图1中所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的阿特拉津水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入次氯酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图1中“□”所示；
图1是阿特拉津在紫外体系、次氯酸钠体系、二氯异氰脲酸钠体系、紫外/次氯酸钠体系和紫外/二氯异氰脲酸钠体系的降解对比图；
从图1可知，在紫外/二氯异氰脲酸钠体系中，阿特拉津在30分钟内实现96.1％的降解，拟一级反应动力学常数为0.1065min-1。而紫外、次氯酸钠、二氯异氰脲酸钠和紫外/次氯酸钠体系对于左氧氟沙星的降解率分别为60.8％、0％、1.7％和75.8％。由此可以发现，相较于其他体系，紫外活化二氯异氰脲酸钠体系可以在30分钟内高效去除水中阿特拉津。
实施例2：紫外光活化二氯异氰脲酸钠对甲硝唑的降解：
在250mL的烧杯中配制体积为200mL的浓度为10μmol/L的甲硝唑水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入二氯异氰脲酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图2中“△”所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的甲硝唑水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图2中“◇”所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的甲硝唑水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入次氯酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图2中所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的甲硝唑水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入二氯异氰脲酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图2中所示；
在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的甲硝唑水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入次氯酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，分别在0、2、6、10、15、20和30分钟时间点取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，然后采用液相色谱进行测定，见图2中“□”所示；
图2是甲硝唑在紫外体系、次氯酸钠体系、二氯异氰脲酸钠体系、紫外/次氯酸钠体系和紫外/二氯异氰脲酸钠体系的降解对比图；
如图2可知，在紫外/二氯异氰脲酸钠体系中，甲硝唑在30分钟内实现82.9％的降解，拟一级反应动力学常数为0.0246min-1。而紫外、次氯酸钠、二氯异氰脲酸钠和紫外/次氯酸钠体系对于左氧氟沙星的降解率分别为9.7％、0％、1.2％和52.1％。由此可以发现，相较于其他体系，紫外活化二氯异氰脲酸钠体系可以在30分钟内高效去除水中甲硝唑。

Claims (2)

1.一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法，其特征在于在紫外/二氯异氰脲酸钠体系中，阿特拉津在30分钟内实现96.1％的降解，该方法具体是按以下步骤完成的：在250mL的烧杯中配制体积为200mL、浓度为10μmol/L的阿特拉津水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入二氯异氰脲酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，反应30分钟，取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，得到去除阿特拉津的水样。
2.一种基于光辐照/氯代三聚氰酸去除水中污染物的方法，其特征在于在紫外/二氯异氰脲酸钠体系中，甲硝唑在30分钟内实现82.9％的降解，该方法具体是按以下步骤完成的：
在250mL的烧杯中配制体积为200mL的浓度为10μmol/L的甲硝唑水样，添加10mM磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液使溶液pH保持中性，再加入二氯异氰脲酸钠使其浓度为0.2mmol/L，然后将烧杯放置到温度为25℃、搅拌速度为400r/min的水域温控磁力搅拌器内打开紫外光源开启反应，反应30分钟，取样过滤，加入硫代硫酸钠溶液终止反应，得到去除甲硝唑的水样。
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