申請日2014.10.15

　　公開(公告)日2016.03.02

　　IPC分類號C02F1/72; B01J31/28

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種基于聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料活化分子氧處理有機(jī)廢水的方法。該方法以聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料作為催化劑，以空氣或氧氣作為氧化劑，通過催化活化分子氧，原位形成活性氧，對水中有機(jī)污染物進(jìn)行降解。聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料催化活性高，可直接利用空氣中的氧氣，成本低廉，環(huán)境友好，易于回收，可重復(fù)利用，并且該方法設(shè)備簡單，操作方便，能在較寬的pH值范圍內(nèi)高效的降解水中有機(jī)污染物，具有很大的應(yīng)用前景。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種基于聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料活化分子氧處理有機(jī)廢水的方法，其特征在于：在有機(jī)廢水中加入一定量聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料作為催化劑，并通入空氣或者氧氣，室溫下通過活化分子氧，原位產(chǎn)生H2O2，與生成的Fe2+形成Fenton反應(yīng)，對水中有機(jī)污染物進(jìn)行降解;

　　所述聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料為枝狀，其制備方法為：(1)聚噻吩的合成：首先將噻吩減壓蒸餾;取2mL蒸餾過的噻吩，將其滴入10mL氯仿中，并稱取8.0g無水三氯化鐵放置于30mL的氯仿中，在真空冰浴條件下，將噻吩氯仿混合液滴入摩爾比為4:1的無水三氯化鐵和氯仿混合液中，磁力攪拌24h，然后再在室溫條件下磁力攪拌24h使其充分混合，得到產(chǎn)物;用稀鹽酸洗滌產(chǎn)物，直至洗滌液為無色，再用蒸餾水洗滌至pH=7.0，然后在60℃真空干燥24h，得到聚噻吩;(2)聚噻吩/零價鐵的合成：將鐵鹽溶于體積比2:1的無水乙醇和蒸餾水混合液中，將聚噻吩在不斷攪拌且通入氮?dú)獾臈l件下加入上述鐵鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璺稚?h，然后按硼氫化鈉或硼氫化鉀和鐵離子的摩爾比3:1的比例將2.5mol/L的硼氫化鈉或硼氫化鉀溶液以2滴每秒的速度滴入上述溶液中，滴加完畢后持續(xù)攪拌混合液30min，使反應(yīng)完全，離心分離沉淀，氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用無水乙醇洗滌沉淀至洗滌液為無色，然后在60℃真空干燥12h，得到產(chǎn)物;

　　所述鐵鹽為硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵或硝酸鐵，聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料中零價鐵百分含量為5.0～50.0%;

　　當(dāng)所述有機(jī)廢水濃度為1.0～30.0mg/L時，聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料優(yōu)化用量為1.0～10.0g/L。

　　說明書

　　一種基于聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料活化分子氧處理有機(jī)廢水的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于廢水處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料活化分子氧處理有機(jī)廢水的方法。

　　背景技術(shù)

　　近年來，基于零價鐵/O2氧化體系的高級氧化技術(shù)受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，該技術(shù)可有效處理水中多種有機(jī)污染物如鹵代烴、農(nóng)藥和染料等。在零價鐵/O2體系中，活性氧(ROS)的形成機(jī)制主要有二種：一是零價鐵通過雙電子傳遞路徑與O2反應(yīng)產(chǎn)生H2O2;二是零價鐵氧化形成的Fe2+通過單電子傳遞路徑與O2反應(yīng)產(chǎn)生H2O2。然后，生成的Fe2+和H2O2通過Fenton反應(yīng)生成羥基自由基(·OH)。零價鐵催化活化分子氧是一個復(fù)雜的多相反應(yīng)過程，受到pH、溶解氧濃度、零價鐵比表面積及用量、共存物質(zhì)以及反應(yīng)溫度等因素的影響。

　　納米零價鐵在有機(jī)物和重金屬污染控制方面表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，但納米零價鐵顆粒自身的磁性引力，易引起團(tuán)聚，與污染物有效接觸面積減小，導(dǎo)致污染物去除率下降;同時，團(tuán)聚也不利于納米零價鐵在環(huán)境水體和土壤中的流動性，對環(huán)境污染的修復(fù)工作不利。此外，納米零價鐵不穩(wěn)定，易被氧化。因此，把納米零價鐵負(fù)載于載體之上被認(rèn)為是獲得高效、穩(wěn)定納米鐵的方法，如人們將納米鐵負(fù)載于活性炭、膨潤土、高嶺土、氧化鋁、氧化硅和沸石等載體上，減輕納米鐵團(tuán)聚，構(gòu)建高效穩(wěn)定的催化氧化體系。

　　聚噻吩(PTh)是一類重要的導(dǎo)電聚合物，具有良好的電化學(xué)活性、環(huán)境穩(wěn)定性以及可加工性能，廣泛應(yīng)用于電子學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域;聚噻吩也是一種性能良好的催化劑載體。在聚噻吩上負(fù)載納米零價鐵，不僅可以解決納米零價鐵易氧化和易團(tuán)聚的問題，而且能發(fā)揮聚噻吩的導(dǎo)電性能，有利于零價鐵/O2體系中電子轉(zhuǎn)移，促進(jìn)活性氧的形成，所以，在有機(jī)廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料活化分子氧處理有機(jī)廢水的方法。本發(fā)明的方法具有設(shè)備簡單、操作方便、成本低廉、無選擇性、適用pH值范圍較寬(pH3.0～11.0)等優(yōu)點。

　　本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料活化分子氧處理有機(jī)廢水的方法，其特征在于：在有機(jī)廢水中加入一定量聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料作為催化劑，并通入空氣或者氧氣，室溫下通過活化分子氧，原位產(chǎn)生H2O2，與生成的Fe2+形成Fenton反應(yīng)，對水中有機(jī)污染物進(jìn)行降解。

　　所述有機(jī)廢水pH值為3.0～11.0。

　　所述有機(jī)廢水中分子氧濃度為2.0～8.0mg/L。

　　所述聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料為枝狀，其制備方法為：(1)聚噻吩的合成。首先將噻吩減壓蒸餾;取2mL蒸餾過的噻吩，將其滴入10mL氯仿中，并稱取8.0g無水三氯化鐵放置于30mL的氯仿中;在真空冰浴條件下，將噻吩氯仿混合液滴入無水三氯化鐵氯仿混合液中(無水三氯化鐵與噻吩的摩爾比為4:1)，磁力攪拌24h，然后再在室溫條件下磁力攪拌24h使其充分混合，得到產(chǎn)物;用稀鹽酸洗滌產(chǎn)物，直至洗滌液為無色，再用蒸餾水洗滌至pH=7.0，然后在60℃真空干燥24h，得到聚噻吩;(2)聚噻吩/零價鐵的合成。將鐵鹽溶于無水乙醇和蒸餾水混合液中(體積比2:1);將聚噻吩在不斷攪拌且通入氮?dú)獾臈l件下加入上述鐵鹽溶液中，充分?jǐn)嚢璺稚?h，然后按比例將2.5mol/L的硼氫化鈉或硼氫化鉀溶液(硼氫化鈉或硼氫化鉀和鐵離子的摩爾比為3:1)以2滴每秒的速度滴入其中，滴加完畢后持續(xù)攪拌混合液30min，使反應(yīng)完全，離心分離沉淀;氮?dú)獗Ｗo(hù)下，用無水乙醇洗滌沉淀至洗滌液為無色，然后在60℃真空干燥12h，得到產(chǎn)物。

　　所述聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料，其制備時所用鐵鹽包括硫酸亞鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵和硝酸鐵等，聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料中零價鐵百分含量為5.0～50.0%。

　　當(dāng)所述有機(jī)廢水濃度為1.0～30.0mg/L時，聚噻吩/零價鐵復(fù)合材料優(yōu)化用量為1.0～10.0g/L。

　　本發(fā)明的有益之處主要體現(xiàn)在：

　　(1)納米零價鐵負(fù)載到固體載體上可以有效抑制團(tuán)聚，增大比表面積;

　　(2)聚噻吩是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定具有多孔結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，吸附能力強(qiáng)，有助于吸附溶液中的有機(jī)污染物，并且將聚噻吩作為固體載體負(fù)載零價鐵也增加了納米零價鐵的穩(wěn)定性;

　　(3)聚噻吩是一種導(dǎo)電聚合物，有利于負(fù)載于其上的零價鐵和氧氣分子之間的電子轉(zhuǎn)移，促進(jìn)體系中活性氧的形成;

　　(4)利用分子氧作為氧化劑，無需外加雙氧水，具有成本低廉、環(huán)境友好、來源廣泛等優(yōu)點;

　　(5)反應(yīng)條件溫和，在較寬的pH范圍內(nèi)(pH3.0～11.0)高效、快速的降解水中有機(jī)污染物，無二次污染;

　　(6)催化劑具有磁性，易于回收，可重復(fù)利用，具有較大的應(yīng)用前景。