申請(qǐng)日2013.08.27
公開(公告)日2013.12.25
IPC分類號(hào)C02F1/30; C02F101/38; C02F1/70
摘要
本發(fā)明公開了屬于核技術(shù)應(yīng)用和環(huán)境技術(shù)保護(hù)領(lǐng)域的一種添加亞鐵離子促進(jìn)廢水中有機(jī)污染物輻照去除的方法，并將其應(yīng)用于磺胺類抗生素廢水的處理。本發(fā)明應(yīng)用電離輻射技術(shù)，添加亞鐵離子，聯(lián)合Fenton氧化法，增加了·OH的產(chǎn)生量，提高了反應(yīng)效率，降低了抗生素輻照去除所需的吸收劑量，極大地降低了能耗。同時(shí)，本發(fā)明利用了水輻解過程中產(chǎn)生的H2O2，而無需額外添加，降低了成本。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、能耗低、成本少;用以處理磺胺類抗生素廢水高效快速，經(jīng)濟(jì)可行，且無二次污染，在廢水處理和環(huán)境保護(hù)中具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求書
1.一種利用亞鐵離子促進(jìn)廢水中磺胺類抗生素輻射去除的方法，其特征在 于：利用電離輻射，添加亞鐵離子，以亞鐵離子為催化劑，將輻解過程中產(chǎn)生的 H2O2轉(zhuǎn)化為·OH，來去除水中磺胺類抗生素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述電離輻射采用伽馬射線 或高能電子束;所述伽馬射線由60Co源作為放射源產(chǎn)生，所述高能電子束由電 子加速器產(chǎn)生。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述電離輻射的輻照劑量為 0.2-1.0kGy。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：磺胺類抗生素濃度為1.0-100 mg/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：亞鐵離子投加至濃度為0.1-1.0 mM。
說明書
一種利用亞鐵離子促進(jìn)廢水中磺胺類抗生素輻射去除的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于核技術(shù)應(yīng)用和環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用電離輻射技 術(shù)與亞鐵離子相結(jié)合去除廢水中磺胺類抗生素的方法。
背景技術(shù)
近年來，抗生素被人類大量使用在農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)生產(chǎn)以及人體生命健康維持 過程中。然而，這些使用過或未被使用的抗生素會(huì)通過各種途徑進(jìn)入水體中，對(duì) 環(huán)境和人類生命安全構(gòu)成威脅�；前奉惪股厥且环N人工合成的廣譜抗生素，它 作為二氫葉酸合成酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，可以阻礙葉酸合成，從而干擾DNA的合 成，以達(dá)到抗菌效果。在生產(chǎn)生活中應(yīng)用最廣、用量最大。由于其在水體中停留 時(shí)間較長(zhǎng)，難于降解，可以通過生物富集作用在食物鏈中傳遞。同時(shí)，由于抗生 素特有的生物化學(xué)性質(zhì)，使得環(huán)境中的生命體產(chǎn)生耐藥性，危害人類及環(huán)境健康。 由于磺胺類抗生素的大量使用，以及他們的難降解、易遷移等特性，導(dǎo)致在各種 水源和土壤中都可以檢測(cè)到他們的存在。
常用的水處理方法有物理法、化學(xué)法和生物法等，而這些方法的處理效率較 低、相對(duì)成本較高，同時(shí)易于產(chǎn)生二次污染。因此，研究一種高效、無二次污染 的處理方法和技術(shù)顯得尤為重要。眾多方法中，高級(jí)氧化技術(shù)受到越來越多人的 關(guān)注，它也是抗生素處理中的常用方法。該方法主要依靠反應(yīng)過程中產(chǎn)生的羥基 自由基(·OH)，這種活性粒子具有強(qiáng)氧化性，可以將水中的有機(jī)污染物氧化降 解。常用的高級(jí)氧化技術(shù)有Fenton法以及Fenton法與其他技術(shù)的結(jié)合方法，但 它們對(duì)溶液的酸堿度要求較高，同時(shí)H2O2的加入會(huì)使得處理成本大大增加。輻 照技術(shù)作為高級(jí)氧化技術(shù)的一種，克服了常規(guī)方法的諸多不足。輻照技術(shù)主要是 利用高能射線(γ射線或電子加速器)對(duì)廢水進(jìn)行輻照，在其照射下，水分子降 解會(huì)產(chǎn)生具有較高的反應(yīng)活性的中間體(e-aq、·OH、·H等)，它們會(huì)發(fā)揮各自的 作用，與污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，促使其高效的降解。
Fe2+具有還原性，E0(Fe3+/Fe2+)=0.771V，具有還原能力，是Fenton氧化 法中主要試劑之一。Fe2+的加入，可以與輻照過程中產(chǎn)生H2O2(具有氧化性)發(fā) 生反應(yīng)，生成Fe3+，而在這一過程中H2O2則轉(zhuǎn)化成·OH這種高活性離子，與污 染物發(fā)生反應(yīng)。該方法無需額外添加H2O2，增多了·OH的產(chǎn)生量，提高了反應(yīng) 效率，降低了處理成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)常規(guī)廢水處理方法的一些缺陷，提出了一種利用γ輻照技術(shù)與 Fe2+離子相結(jié)合的處理水中磺胺類抗生素的方法。
本發(fā)明處理磺胺類抗生素廢水的技術(shù)方案與主要原理是：
水分子受到高能射線照射，會(huì)發(fā)生一系列的輻解反應(yīng)，產(chǎn)生具有較高的反應(yīng) 活性的粒子，如e-aq、·OH、·H等。這些活性粒子會(huì)與抗生素發(fā)生氧化還原反應(yīng)， 如破壞磺胺類物質(zhì)分子中的C=C雙鍵、C=N雙鍵和C-N單鍵等，從而達(dá)到使其 高降解的目的。
H2O→·OH，eaq-，·H，H2，H2O2，Haq+，OHaq-，
(1)
Gi(2.8)(2.7)(0.6)(0.45)(0.72)(3.2)(0.5)
括號(hào)中為G值，單位為μmol·J-1。
Fe2+具有強(qiáng)還原性，它可以與輻照過程中產(chǎn)生的H2O2發(fā)生反應(yīng)，生成·OH 這種降解反應(yīng)中的主導(dǎo)粒子，使得溶液中所產(chǎn)生的·OH的量增多，提高了降解反 應(yīng)效率。
Fe2++H2O2→Fe3++OH-+·OH (2)
SAs+·OH→SAs·→降解產(chǎn)物 (3)
一種利用亞鐵離子促進(jìn)廢水中磺胺類抗生素輻射去除的方法，利用電離輻 射，添加亞鐵離子，以亞鐵離子為催化劑，將輻解過程中產(chǎn)生的H2O2轉(zhuǎn)化為·OH， 來去除水中磺胺類抗生素。
所述電離輻射采用伽馬射線或高能電子束;所述伽馬射線由60Co源作為放 射源產(chǎn)生，所述高能電子束由電子加速器產(chǎn)生。
所述電離輻射的輻照劑量為0.2-1.0kGy。
磺胺類抗生素濃度為1.0-100mg/L。
亞鐵離子投加至濃度為0.1-1.0mM。
本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于操作方便，工藝環(huán)保，無二次污染，且無需額外添加H2O2， 增強(qiáng)了粒子利用率，提高了反應(yīng)效率，降低了處理成本，提高了經(jīng)濟(jì)可行性。 在此濃度范圍內(nèi)，所有情況均對(duì)反應(yīng)效率有很高的促進(jìn)效果，表明該方法極大地 提高了處理效率，降低了所需劑量。
具體實(shí)施方式
下面的實(shí)施例可以對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明所保護(hù)的范圍并不僅限 于此：
實(shí)施例1
磺胺嘧啶(SD)溶液由分析純?cè)噭┖腿ルx子水配制，濃度為20mg/L，pH 不調(diào)(pH5.5-6.5);硫酸亞鐵(FeSO4)采用分析純?cè)噭�，磺胺嘧啶和硫酸亞鐵 混合溶液由去離子水配制，其中SD濃度為20mg/L，F(xiàn)eSO4濃度為0.4mM。輻 射源采用清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院的60Co輻射裝置，中心孔道劑量率 為320.93Gy/min。實(shí)驗(yàn)中每次取30mL溶液，放入50mL耐輻照管中，置于中 心孔道進(jìn)行輻照。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了在不同吸收劑量下(較低劑量)，離子輻照對(duì)于兩 種溶液中磺胺嘧啶的去除效果。
