申請日2015.09.30

　　公開(公告)日2015.12.30

　　IPC分類號C02F1/72

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽的水處理方法，該方法利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽，從而去除水中微污染物。本發(fā)明利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽高效產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基和羥基自由基進(jìn)攻微污染物，實(shí)現(xiàn)微污染物的降解，可以達(dá)到快速徹底的去除水中多種有毒有害的微污染物的目的，如多氯聯(lián)苯、溴代阻燃劑、藥物與個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)、藻毒素等，與現(xiàn)有的零價(jià)鐵活化過硫酸鹽方法相比，該方法具有活化效率高、硫酸根自由基的產(chǎn)量大、微污染物去除效率高等優(yōu)點(diǎn)，而且操作方便簡單，效果明顯，pH使用范圍寬，可應(yīng)用于地下水修復(fù)、工業(yè)水處理(包括電鍍廢水、醫(yī)院廢水、印染廢水等)、飲用水處理和污水處理等。

　　摘要附圖

 

　　權(quán)利要求書

　　1.一種零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽的水處理方法，其特征在于，是利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽，從而去除水中微污染物的技術(shù)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水處理方法，其特征在于，是向含有微污染物的水中投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬，再加入過硫酸鹽，充分混合，即完成過硫酸鹽的活化和水中微污染物的去除。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水處理方法，其特征在于，所述投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬的方式為：先制備出零價(jià)鐵-鎳雙金屬，再將零價(jià)鐵-鎳雙金屬投加到水中;所述零價(jià)鐵-鎳雙金屬的制備方法為：將零價(jià)鐵粉末加入到含有二價(jià)鎳離子的溶液中，在零價(jià)鐵表面發(fā)生快速置換反應(yīng)，形成鐵-鎳雙金屬。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水處理方法，其特征在于，所述投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬的產(chǎn)生方式也可以為：直接向水中加入零價(jià)鐵粉末和鎳鹽，鎳離子與零價(jià)鐵快速反應(yīng)，原位生成零價(jià)鐵-鎳雙金屬。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水處理方法，其特征在于，當(dāng)受污染的水中含有鎳離子時(shí)，只需向水中加入零價(jià)鐵粉末即可，零價(jià)鐵與水中存在的鎳離子快速反應(yīng)，原位生成零價(jià)鐵-鎳雙金屬。

　　6.權(quán)利要求2所述的水處理方法，其特征在于，所述零價(jià)鐵與過硫酸鹽的摩爾比為1:1～80:1;所述零價(jià)鐵與鎳的摩爾比為2:1～500:1。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水處理方法，其特征在于，所述過硫酸鹽為單過硫酸鹽或過硫酸鹽，所述單過硫酸鹽為單過硫酸鉀、單過硫酸鈉或單過硫酸銨中的一種或幾種的混合物，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨中的一種或幾種的混合物。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水處理方法，其特征在于，所述微污染物為多氯聯(lián)苯、溴代阻燃劑、藥物及個(gè)人護(hù)理品PPCPs、藻毒素、農(nóng)藥或石油類有機(jī)污染物。

　　9.權(quán)利要求1～8任一所述的水處理方法在處理和修復(fù)含微污染物水體中的應(yīng)用。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求9所述應(yīng)用，其特征在于，所述含微污染物水體為含微污染物的地下水、工業(yè)廢水、再生水、飲用水或污水。

　　說明書

　　一種零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽的水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于水體污染處理技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽的水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　近年來，隨著工農(nóng)業(yè)水平的迅速發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，豐富多樣的人造化學(xué)品在日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。但這些化學(xué)品在給人們生活帶來便利的同時(shí)，也隨著工業(yè)廢水和生活污水源源不斷的排入水體中，成為環(huán)境中的新興污染物。這類污染物，如：藥物與個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)、持久性有機(jī)污染物(POPs)、農(nóng)藥和石油類有機(jī)污染物等，

　　上述這些有毒有害的污染物在水體中的存在濃度很低，但穩(wěn)定性強(qiáng)，傳統(tǒng)水處理工藝對其去除效果不佳，這對水生生態(tài)環(huán)境和人類飲用水安全造成了巨大的威脅。因此，在水質(zhì)受到有機(jī)污染的威脅下，研究新型的可以有效去除水中微量難降解有機(jī)物的工藝和技術(shù)，對提高水質(zhì)安全和推進(jìn)我國的生態(tài)文明建設(shè)具有重要的戰(zhàn)略意義。

　　綜上所示，有必要研發(fā)一種有效、經(jīng)濟(jì)、可行地去除水中微污染物的技術(shù)，且這種技術(shù)可適用于飲用水處理、污水深度處理、再生水處理、工業(yè)水處理以及地下水修復(fù)等。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有水體污染處理技術(shù)的缺陷和不足，提供一種有效、經(jīng)濟(jì)、可行地去除水中微污染物的技術(shù)，即利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽去除水中微污染物的技術(shù)，該技術(shù)可以快速地去除水中的藥物與個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)、藻毒素、農(nóng)藥、石油類有機(jī)污染物以及多種難降解有機(jī)物等，可適用于飲用水處理、污水深度處理、再生水處理、工業(yè)水處理以及地下水處理等，能夠很好的解決目前飲用水、污水、工業(yè)廢水、地表水、地下水中水中經(jīng)常檢出的多種有毒有害的微污染物的問題。

　　本發(fā)明的目的是提供一種零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽的水處理方法，并且可以實(shí)際應(yīng)用于水處理中。

　　本發(fā)明上述目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

　　一種零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽的水處理方法，是利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽，從而去除水中微污染物的技術(shù)。具體地，是向含有微污染物的水中投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬，再加入過硫酸鹽，充分混合，即完成過硫酸鹽的活化和水中微污染物的去除。

　　作為一種可實(shí)施的優(yōu)選方案，上述投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬的方式為：先制備出零價(jià)鐵-鎳雙金屬，再將零價(jià)鐵-鎳雙金屬投加到水中;所述零價(jià)鐵-鎳雙金屬的制備方法為：將零價(jià)鐵粉末加入到鎳鹽溶液(含有二價(jià)鎳的溶液)中，或?qū)㈡圎}溶液加入零價(jià)鐵中，發(fā)生快速置換反應(yīng)生成金屬鎳單質(zhì)，并附著在鐵的表面，形成鐵-鎳雙金屬。

　　或者，上述投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬的方式為：直接向水中加入零價(jià)鐵粉末和鎳鹽，鎳離子與零價(jià)鐵表面快速反應(yīng)，原位生成零價(jià)鐵-鎳雙金屬。

　　另外，當(dāng)受污染的水中含有鎳離子時(shí)，所述投加零價(jià)鐵-鎳雙金屬的方式為：只向水中加入零價(jià)鐵粉末即可，零價(jià)鐵與水中存在的鎳離子快速反應(yīng)，原位生成零價(jià)鐵-鎳雙金屬。

　　具體實(shí)際操作中，當(dāng)用于地下水修復(fù)時(shí)，可以在地下水流向的方向上放置一個(gè)過濾柱，將零價(jià)鐵-鎳雙金屬放置于過濾柱中，或向零價(jià)鐵濾柱的水流上游加入鎳鹽，原位生成零價(jià)鐵-鎳雙金屬;然后向地下水中加入過硫酸鹽，在地下水通過過濾柱后，就能夠被凈化。這里所述的過濾柱可以為：過濾柱或滲透墻等。

　　優(yōu)選地，零價(jià)鐵來源可以采用市售零價(jià)鐵、納米零價(jià)鐵或加工廠的鐵廢棄物，如：銼屑、切屑、刨屑和鐵粉末等。

　　優(yōu)選地，所述充分混合為保持?jǐn)嚢杌旌蠣顟B(tài)，具體方式可為管式混合器混合、攪拌槳攪拌或水力攪拌等。

　　優(yōu)選地，所述鎳鹽可以為硫酸鎳、硝酸鎳或氯化鎳中的一種或幾種。

　　優(yōu)選地，所述過硫酸鹽為單過硫酸鹽或過硫酸鹽，所述單過硫酸鹽為單過硫酸鉀、單過硫酸鈉或單過硫酸銨中的一種或幾種的混合物，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉或過硫酸銨中的一種或幾種的混合物。

　　優(yōu)選地，所述零價(jià)鐵與過硫酸鹽的摩爾比為1:1～80:1，所述零價(jià)鐵與鎳的摩爾比為2:1～500:1，在此范圍內(nèi)，零價(jià)鐵的投加量越大，去除微污染物的效果越好。

　　另外，本發(fā)明經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，同時(shí)考慮到成本的問題，更優(yōu)選地，所述零價(jià)鐵與過硫酸鹽的摩爾比為3:1~60:1，零價(jià)鐵與鎳的摩爾比為2:1~300:1。

　　理論上，過硫酸鹽投量越大，去除微污染物的效果越好。我們經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選地，所述過硫酸鹽的投加量按其與水中微污染物的摩爾比為1:1~100:1進(jìn)行投加，效果最好。

　　優(yōu)選地，所述微污染物為多氯聯(lián)苯、溴代阻燃劑等持久性有機(jī)物、藥物及個(gè)人護(hù)理品PPCPs、藻毒素、農(nóng)藥或石油類有機(jī)污染物等。

　　本發(fā)明上述方法不僅可以用于飲用水和污水中微污染物的處理，還可以用于工業(yè)廢水處理和地下水修復(fù)。

　　因此，上述水處理方法在處理或修復(fù)含微污染物水體中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。所述含微污染物水體為含微污染物的地下水、工業(yè)水(包括電鍍廢水、醫(yī)院廢水、印染廢水等)、再生水、飲用水或污水。

　　本發(fā)明利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽從而去除水中微污染物的水處理方法的原理是：零價(jià)鐵-鎳雙金屬與過硫酸鹽反應(yīng)進(jìn)行快速的電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生大量的硫酸根自由基(SO4·–)和羥基自由基(OH·)。其中硫酸根自由基的氧化還原電位為2.5～3.1V，在中性或堿性條件下高于羥基自由基(OH·)(1.9～2.0V)，在酸性條件下與OH·(2.4～2.7V)相近，硫酸根自由基是一種具有選擇性的高效自由基，對含有C-X鍵的物質(zhì)選擇性強(qiáng)，且不易受水質(zhì)本底影響。OH·是一種高效廣譜的高級氧化自由基，可以不同程度的氧化水中所有的微污染物。因此，可以利用體系中兩種強(qiáng)氧化性的自由基對水中微污染物進(jìn)行高效的降解。

　　本發(fā)明具有以下有益效果：

　　本發(fā)明的水處理方法利用零價(jià)鐵-鎳雙金屬活化過硫酸鹽產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基，只需要采用普通的鐵粉、鎳鹽和過硫酸鹽就可以達(dá)到快速徹底的去除污染物的目的，解決了現(xiàn)有的零價(jià)鐵活化過硫酸鹽方法存在的活化速率低、硫酸根自由基產(chǎn)生量少的問題。

　　本方法所去除的污染物包括水中多種有毒有害的微污染物，如：多氯聯(lián)苯、溴代阻燃劑、藥物與個(gè)人護(hù)理品(PPCPs)、藻毒素等，應(yīng)用范圍廣泛。同時(shí)，本發(fā)明的水處理方法成本較低、操作十分簡單，易于推廣應(yīng)用，可以應(yīng)用于地下水修復(fù)、工業(yè)水處理(包括電鍍廢水、醫(yī)院廢水、印染廢水等)、飲用水處理、以及污水處理等;而且所使用的零價(jià)鐵-鎳粉末使用安全，可以用于保障水質(zhì)安全。

　　本發(fā)明方法的pH使用范圍寬，對pH值為3～11范圍內(nèi)水體中的污染物均有很好的降解效果，針對不同的微污染物，可以根據(jù)其特性，調(diào)節(jié)其最佳的pH范圍，達(dá)到微污染物的最快速的去除。根據(jù)不同的水體，可以按照水質(zhì)要求和設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)不同的反應(yīng)器構(gòu)型、藥劑配比，達(dá)到快速去除水中微污染物的目的。

　　另外，所用的過硫酸鹽是一種穩(wěn)定性強(qiáng)、運(yùn)輸和使用方便的綠色氧化劑，零價(jià)鐵是一種性能良好的、價(jià)格低廉的還原劑，通過向零價(jià)鐵中摻雜少量的鎳作為催化劑，可以大大加快體系中的電子轉(zhuǎn)移效率，產(chǎn)生大量的硫酸根自由基。這種水處理方法具有過硫酸鹽活化效率高、氧化降解污染物效率高、pH使用范圍寬、運(yùn)行操作方便等優(yōu)點(diǎn)。