申請日2013.10.29
公開(公告)日2015.06.17
IPC分類號C02F1/72
摘要
一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法。本發(fā)明涉及一種水處理方法，具體涉及一種利用高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法。本發(fā)明目的是為解決現(xiàn)有技術(shù)方案在進(jìn)行水處理時與苯酚等難降解有機(jī)物的反應(yīng)慢且去除率低的問題。本發(fā)明通過在水處理時向待處理水中直接加入高錳酸鹽和碳催化劑進(jìn)行高錳酸鹽異相催化氧化，經(jīng)混凝、沉淀和過濾去除高錳酸鹽和碳催化劑，得到出水完成水處理過程。本發(fā)明對于苯酚等難降解有機(jī)物反應(yīng)快且去除率高，反應(yīng)40min去除率達(dá)到100%。本發(fā)明方法用于對含有有機(jī)污染物的水進(jìn)行處理。
權(quán)利要求書
1.一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法，其特征在于具體步驟如下：
一、向待處理水直接加入高錳酸鉀和碳催化劑，保持高錳酸鉀與待處理水接觸時間為 40min，所述高錳酸鉀的投加量為8mg/L;按碳催化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1的比例投 加碳催化劑，所述待處理水為含有有機(jī)污染物的原水;
二、經(jīng)混凝、沉淀和過濾后去除未反應(yīng)的高錳酸鉀和碳催化劑，得到出水，完成水處 理過程;所述的碳催化劑為多壁碳納米管。
說明書
一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種水處理方法，具體涉及一種利用高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方 法。
背景技術(shù)
近年來，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活排放大量的污染物，超出水體的環(huán)境容量，使得地表水和 地下水的污染日益嚴(yán)重。水體中的內(nèi)分泌干擾物(EDCs)、藥物和個人護(hù)理用品(PPCPs)、藻 毒素、異嗅物質(zhì)等微污染物對飲用水安全造成重大的威脅。高錳酸鹽有其自身的優(yōu)點(diǎn)，在 控制藻毒素、氯化消毒副產(chǎn)物、除嗅、脫色和控制鐵錳等領(lǐng)域都具有較好的效果，而且在 去除水中微量有機(jī)污染物、控制氯化消毒副產(chǎn)物及助凝等方面的研究也取得重要進(jìn)展。作 為固體氧化劑，高錳酸鹽的運(yùn)輸和存儲也相對安全方便，且其適用的pH范圍廣，除對三氯 乙烯、四氯乙烯等含氯溶劑具有良好的氧化效果外，對烯烴、酚類、硫化物和甲基叔丁基 醚等污染物也具有良好效果。更重要的是，高錳酸鹽氧化可以顯著減少三鹵甲烷等消毒副 產(chǎn)物的生成量，也不會生成溴酸鹽類污染物，目前已成為一種具有高效低耗特征的除微污 染技術(shù)。現(xiàn)有研究表明，高錳酸鹽在與還原性物質(zhì)反應(yīng)過程中，高錳酸鹽被還原后的某些 中間介穩(wěn)態(tài)產(chǎn)物與還原性物質(zhì)通過氧橋鍵形成過渡態(tài)中間物質(zhì)，經(jīng)過氧橋鍵發(fā)生電子轉(zhuǎn)移 完成對還原性物質(zhì)的快速氧化。但是因?yàn)楦咤i酸鹽的反應(yīng)具有選擇性，尤其是與某些有機(jī) 物(如苯酚等酚類物質(zhì))的反應(yīng)慢且去除率低是現(xiàn)有技術(shù)中存在的最主要問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決現(xiàn)有技術(shù)方案在進(jìn)行水處理時與某些難降解有機(jī)物(如苯酚等酚類 物質(zhì))的反應(yīng)慢且去除率低的問題，而提供一種利用高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方 法。
本發(fā)明中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法，其具體步驟如下：
一、向待處理水直接加入高錳酸鹽和碳催化劑保持高錳酸鹽與待處理水接觸時間為 0.1min～300min后，所述高錳酸鹽的投加量為0.01mg/L～500mg/L;按碳催化劑與高錳酸鹽 的質(zhì)量比為(0.1～100):1投加碳催化劑，所述待處理水為含有有機(jī)污染物的水;
二、經(jīng)混凝、沉淀和過濾后去除未反應(yīng)的高錳酸鹽和碳催化劑，得到出水，完成水處 理過程。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明采用高錳酸鹽異相催化氧化的方法相比現(xiàn)有技術(shù)，去除水中有機(jī)污染物速度快 1～2min即可達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)40min的處理程度，水處理過程中有機(jī)污染物的去除率達(dá)到 100%。活性炭、炭黑等碳具有的還原性能部分還原高錳酸鹽，避免了現(xiàn)有技術(shù)方案出水中 總錳濃度過高的問題。
附圖說明
圖1為試驗(yàn)15得到的(▲)無活性炭存在時高錳酸鉀氧化對苯酚的去除率-時間曲線、 (■)活性炭吸附苯酚的去除率-時間曲線和(●)活性炭催化高錳酸鉀氧化苯酚的去除率-時 間曲線。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法具體操 作步驟如下：
一、向待處理水直接加入高錳酸鹽和碳催化劑保持高錳酸鹽與待處理水接觸時間為 0.1min～300min后，所述高錳酸鹽的投加量為0.01mg/L～500mg/L;按碳催化劑與高錳酸鹽 的質(zhì)量比為(0.1～100):1投加碳催化劑，所述待處理水為含有有機(jī)污染物的水;
二、經(jīng)混凝、沉淀和過濾后去除未反應(yīng)的高錳酸鹽和碳催化劑，得到出水，完成水處 理過程。
其中，高錳酸鹽的投加量為0.01mg/L～500mg/L表示每升水投加0.01mg～500mg高錳酸 鹽。
具體實(shí)施方式二：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式一的不同之處在于所述的碳催化劑為石墨、活性炭、焦炭、炭黑、骨炭、碳納米 管、碳纖維中的一種或幾種的組合。其余與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式三：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式一的不同之處在于所述的碳催化劑為經(jīng)過活性增強(qiáng)處理的石墨、活性炭、焦炭、 炭黑、骨炭、碳納米管、碳纖維中的一種或幾種的組合。其余與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式四：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式三的不同之處在于活性增強(qiáng)處理的方法為：將石墨、活性炭、焦炭、炭黑、骨 炭、碳納米管、碳纖維中的一種或幾種的組合置于可溶性試劑溶液中浸泡至少24h，離心分 離，用超純水洗滌干凈，并通過干燥處理達(dá)到干燥后完成處理過程;所述可溶性試劑為硝 酸、鹽酸、硫酸、氫氟酸、過氧化氫、臭氧、過硫酸銨、高錳酸鹽、重鉻酸鉀、次氯酸 鈉、過硫酸鉀、碳酸銨和尿素中的一種。其余與具體實(shí)施方式三相同。
具體實(shí)施方式五：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式三的不同之處在于所述的活性增強(qiáng)處理方法為將石墨、活性炭、焦炭、炭黑、骨 炭、碳納米管、碳纖維中的一種或幾種的組合置于氮?dú)�、氫氣氣氛中加熱�?50～500℃保持 3h～6h，降至200℃以下反應(yīng)結(jié)束，完成處理過程。其余與具體實(shí)施方式三相同。
具體實(shí)施方式六：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式一至五的不同之處在于所述的高錳酸鹽為高錳酸鉀和高錳酸鈉中的一種或多種的 組合。其余與具體實(shí)施方式一至五相同。
其中高錳酸鉀和高錳酸鈉的組合為任意比例。
具體實(shí)施方式七：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式六的不同之處在于碳催化劑與高錳酸鹽的質(zhì)量比為(1～10):1。其他與具體實(shí)施方式 六相同。
具體實(shí)施方式八：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式七的不同之處在于高錳酸鹽投加量為0.5mg/L～90mg/L。其他與具體實(shí)施方式七相 同。
具體實(shí)施方式九：本具體實(shí)施方式中一種高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法與具體 實(shí)施方式八的不同之處在于高錳酸鹽和碳催化劑與待處理水的接觸時間為60min～100min。 其他與具體實(shí)施方式八相同。
通過以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果：
試驗(yàn)1
本試驗(yàn)選用的目標(biāo)有機(jī)物為我國地面水體中檢出率及超標(biāo)率最高的酚類化合物作為代 表物質(zhì)。因此選用苯酚作為目標(biāo)污染物。稱取一定量苯酚加水配制成苯酚濃度為0.5mg/L的 待處理水。
試驗(yàn)2
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為6:1，高錳酸鉀投加量為8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為90min。
本試驗(yàn)中所采用的催化劑為多壁碳納米管。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀催化氧化之 前，其中的苯酚濃度為0.5mg/L，同時投加高錳酸鉀和多壁碳納米管，經(jīng)過多壁碳納米管催 化處理90min后苯酚濃度為0.425mg/L，水中苯酚去除率為15%。
試驗(yàn)3
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為6:1，高錳酸鉀投加量為8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為90min。
本試驗(yàn)中所采用的催化劑為經(jīng)過氧化處理的多壁碳納米管。采用液相氧化法處理多壁 碳納米管，氧化劑為濃硝酸，將2g多壁碳納米管置于100mL70%的濃硝酸中浸泡24h，離 心分離，用超純水反復(fù)洗滌至上清液pH為中性，在105℃下烘12h，儲存于干燥器，備 用。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為0.5mg/L，同時投加高錳酸鉀 和多壁碳納米管，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理90min后苯酚濃度為 0.275mg/L，水中苯酚去除率為45%。
試驗(yàn)4
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)中所采用的催化劑為多壁碳納米管，同時投加高錳酸鉀和多壁碳納米管。未處 理的水在進(jìn)行高錳酸鉀催化氧化之前，其中的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化 高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚濃度為0.025mg/L，水中苯酚去除率為95%。
試驗(yàn)5
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)中所采用的催化劑為經(jīng)過氧化處理的多壁碳納米管，方法與試驗(yàn)2相同，同時 投加高錳酸鉀和多壁碳納米管。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為 0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚濃度為0.05mg/L，水中苯 酚去除率為90%。
試驗(yàn)6
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)所采用的催化劑多壁碳納米管，先投加多壁碳納米管，吸附進(jìn)行5min后再投加 高錳酸鉀。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳 納米管催化高錳酸鉀氧化40min后苯酚濃度為0mg/L，水中苯酚去除率為100%。(單獨(dú)加入 高錳酸鉀氧化40min，苯酚去除率不到25%，單獨(dú)加入多壁碳納米管吸附40min，苯酚去除 率不到2%。)
試驗(yàn)7
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)所采用的催化劑為經(jīng)過氧化處理的多壁碳納米管，方法與試驗(yàn)2相同。先投加 多壁碳納米管，吸附進(jìn)行5min后再投加高錳酸鉀。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前， 其中的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過高錳酸鉀氧化40min后苯酚濃度為0mg/L，水中苯酚去除 率為100%。(單獨(dú)加入高錳酸鉀氧化40min，苯酚去除率不到25%，單獨(dú)加入濃硝酸氧化處 理后多壁碳納米管吸附40min，苯酚去除率不到8%。
試驗(yàn)8
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)采用液相氧化法處理多壁碳納米管，氧化劑為濃硫酸和濃硝酸，將2g多壁碳納 米管置于100mL混酸(體積比為3:1的濃硫酸和濃硝酸)中浸泡24h，離心分離，用超純水反 復(fù)洗滌至上清液pH為中性，在105℃下烘12h，儲存于干燥器，備用。未處理的水在進(jìn)行 高錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理 40min后苯酚去除率為>95%。
試驗(yàn)9
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)采用液相氧化法處理多壁碳納米管，氧化劑為高錳酸鉀，將2g多壁碳納米管置 于100mL500g/L的高錳酸鉀水溶液中浸泡24h，離心分離，用超純水反復(fù)洗滌，在105℃ 下烘12h，儲存于干燥器，備用。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為 0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚去除率為>95%。
試驗(yàn)10
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)采用液相氧化法處理多壁碳納米管，氧化劑為重鉻酸鉀，將2g多壁碳納米管置 于100mL800g/L的重鉻酸鉀水溶液中浸泡24h，離心分離，用超純水反復(fù)洗滌至上清液pH 為中性，在105℃下烘12h，儲存于干燥器，備用。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前， 其中的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚去除率 為>95%。
試驗(yàn)11
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)采用液相氧化法處理多壁碳納米管，氧化劑過硫酸銨，為將2g多壁碳納米管置 于100mL700g/L的過硫酸銨水溶液中浸泡24h，離心分離，用超純水反復(fù)洗滌至上清液pH 為中性，在105℃下烘12h，儲存于干燥器，備用。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前， 其中的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚去除率 為>95%。
試驗(yàn)12
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)采用液相氧化法處理多壁碳納米管，氧化劑為過氧化氫，將2g多壁碳納米管置 于100mL30%的過氧化氫水溶液中浸泡24h，離心分離，用超純水反復(fù)洗滌，在105℃下烘 12h，儲存于干燥器，備用。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為 0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚去除率為>95%。
試驗(yàn)13
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)采用液相氧化法處理多壁碳納米管，氧化劑為次氯酸鈉，將2g多壁碳納米管置 于100mL次氯酸鈉水溶液(有效氯含量為10%)中浸泡24h，離心分離，用超純水反復(fù)洗滌， 在105℃下烘12h，儲存于干燥器，備用。未處理的水在進(jìn)行高錳酸鉀氧化之前，其中的苯 酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚去除率為 >95%。
試驗(yàn)14
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鈉的質(zhì)量比為12:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鈉和催化劑與水的接觸 時間為40min。
本試驗(yàn)所采用的催化劑為多壁碳納米管，未處理的水在進(jìn)行高錳酸鈉氧化之前，其中 的苯酚濃度為0.5mg/L，經(jīng)過多壁碳納米管催化高錳酸鈉氧化處理40min后苯酚濃度為 0.025mg/L，水中苯酚去除率為95%。
試驗(yàn)15
本試驗(yàn)中高錳酸鹽異相催化氧化的水處理方法在高錳酸鉀異相催化氧化的過程中，催 化劑與高錳酸鉀的質(zhì)量比為2.5:1，高錳酸鉀投加量8mg/L，高錳酸鹽和碳催化劑與待處理 水的接觸時間為40min。
本試驗(yàn)所采用的催化劑為活性炭，同時投加高錳酸鉀和活性炭。未處理的水在進(jìn)行高 錳酸鉀氧化之前，其中的苯酚濃度為0.5mg/L，對比圖1的三條曲線可知，經(jīng)過活性炭催化 高錳酸鉀氧化處理40min后苯酚濃度為0mg/L，水中苯酚去除率為100%。而單獨(dú)加入高錳 酸鉀氧化40min，苯酚去除率僅為25%，單獨(dú)加入活性炭吸附40min，苯酚去除率為50%。
由以上試驗(yàn)結(jié)果可知，通過本發(fā)明方法處理得到的出水中污染物去除率明顯高于現(xiàn)有 技術(shù)方案得到的結(jié)果。并選取試驗(yàn)15的試驗(yàn)結(jié)果繪制圖1，其橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表 示去除率。
