由Fe制造技术

本发明专利技术涉及一种由Fe

By Fe

The invention relates to a kind of Fe

【技术实现步骤摘要】
由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂及其应用
本专利技术涉及工业废水中难生物降解有机物的高级氧化处理
，具体涉及一种由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂及其氧化降解有机物的方法。
技术介绍
具有高毒性和持久性的POPs和PPCPs物质，对环境有着深远且不可恢复的影响，是环境治理中的一个挑战。基于羟基自由基的Fenton反应和类Fenton反应，可以将这些典型的难降解有机物进行有效地去除，但H2O2的利用率低，其使用导致费用增加仍成为限制Fenton高级氧化技术广泛使用的一个瓶颈。分子氧是一种成本低廉和环境友好的氧化剂，空气中含量达21%，因此，常温常压下活化空气中的分子氧产生高活性氧化物种（ROS），深度氧化难降解有机污染物被认为是一种绿色的环境污染控制技术。在目前广泛报道的零价金属(Fe0、Al0、Zn0、Cu0)/O2界面活性氧原位生成法中，最受青睐并广泛应用的是Fe0法。然而，三线态分子氧本身活性不高，因此单独Fe0活化分子氧的ROS产率较低，只有不到10%的Fe0用于转化生成ROS。同时，Fe0在有氧条件下的反应必须在酸性pH下才有效，且铁的氢氧化物沉淀导致反应活性的逐步丧失。目前，研究多通过加入有机配体（如乙二胺四乙酸（EDTA）、乙二胺二琥珀酸（EDDS）、草酸等）或无机配体（如多金属氧酸盐（POM）、四聚磷酸盐等）来提高ROS产率。但多数配体本身价格昂贵，且在反应过程中需要不断投加，显著提高了技术成本，还存在引入二次污染的风险。近年来，有一些研究表明吸附在固体表面上的Fe(Ⅱ)的活性比溶液中的Fe2+的活性更高，特别是当一些特定的金属离子（Ag(I)、Au(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)）存在的情况下。例如，Hofstetter等人的研究表明，结构态的亚铁和与黏土矿物表面上的羟基结合的亚铁都可以高效去除水体中的硝基苯胺，但是通过离子交换结合的亚铁却对硝基苯胺没有去除效果。另外，Maithreepala和Doong的研究表明Cu(Ⅱ)的加入可以大大提高Fe(Ⅱ)/针铁矿体系对四氯化碳的降解速度。但是，这些研究都注重于对污染物的还原转化，并没有关注到在此过程中O2的作用及氧化降解对污染物去除的贡献。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂及其氧化降解有机物的方法。该方法操作简单，仅需将Fe2+剂（二价铁盐、废酸中和菱铁矿或含二价铁离子的废水）和氧化铜粉末加入充氧的污染水体，进行搅拌即可。溶液中的Fe2+以游离态、络合态或结构态的Fe(Ⅱ)形式被吸附在CuO的表面，Cu(Ⅱ)得电子生成Cu(I)，吸附态Fe(Ⅱ)和新生态Cu(Ⅰ)可以协同活化分子氧原位生成H2O2、·O2-和·OH，快速氧化降解有机污染物，同时实现Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅰ)/Cu(Ⅱ)的部分循环，拓宽了反应的适宜pH值。CuO+2H+→Cu(Ⅱ)+H2OCu(Ⅱ)+Fe(Ⅱ)→Cu(I)+Fe(Ⅲ)O2+Fe(Ⅱ)→·O2-+Fe(Ⅲ)Cu(Ⅰ)+O2+2H+→Cu(Ⅱ)+H2O2Cu(Ⅱ)+·O2-→Cu(I)+O22·O2-+2H+→H2O2+O2Fe(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)+H2O2+H+→Fe(Ⅲ)/Cu(Ⅱ)+·OH+H2OR+·O2-→IntermediatesR+·OH→CO2+Intermediates本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供的一种由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂，所述复方分子氧活化剂由Fe2+剂和CuO组成，Fe2+投放量为5mM~20mM，氧化铜投放量为1g/L~10g/L。本专利技术中，所述Fe2+剂为二价铁盐、废酸中和菱铁矿或含二价铁离子的废水。本专利技术提出的由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂应用于氧化降解有机物，具体步骤如下：（１）对废水进行充氧，启动搅拌器进行搅拌，半小时后废水中的溶解氧接近饱和；（２）向步骤（１）所得产物中加入二价铁盐，先使其均匀分散，或者利用步骤（１）所得废水中存在的Fe(Ⅱ)进行反应；调节反应的初始pH值为3~7，加入CuO粉末；启动搅拌器，在水流的湍动作用下，Fe2+迅速吸附到CuO表面，析出的Cu(Ⅱ)被还原为Cu(I)，Cu(I)和Fe(Ⅱ)同时为氧气提供电子，产生活性氧自由基；产生的Cu（Ⅱ）重新进行循环，实现不同价态铜的循环和分子氧的活化，控制反应时间为6h；其中：Fe2+投放量为5mM~20mM，氧化铜投放量为1g/L~10g/L；（３）反应结束后，取步骤（２）所得产物，经0.22μm的聚醚砜水相针式滤器过滤，测量剩余污染物的量。本专利技术的有益效果在于：(1)整个反应过程无需投加外源氧化剂和外源能量，价格低廉，操作简单。常温常压下，利用空气中的氧气生成H2O2、·O2-和·OH等高活性氧化物质，实现对毒害污染物的有效降解。(2)本专利技术实施简单，所用Fe2+剂（二价铁盐、废酸中和菱铁矿或含二价铁离子的废水）和CuO均廉价易得，处理费用低。(3)利用多价态Fe、Cu之间的循环转换，拓展分子O2的活化途径,高效氧化降解有机污染物。(4)本专利技术适用的pH值范围为3～7，不仅能在酸性条件下进行，而且也可在近中性条件下进行，且处理后出水的pH值一般在4~5范围内，作前处理时，能将对微生物有毒有害的难降解物质先行除去，提高了BOD5/COD，使废水更适于后继的生化处理，有利于出水最终达标排放；作后处理时，能氧化难生物降解的物质，进一步降低出水COD，保证出水达标排放。附图说明图1为本专利技术方法和其它不同体系对对乙酰氨基苯酚的降解效果图。图2为本专利技术活化分子氧原位产生的活性氧化物质的种类：（a）有无对苯醌BQ（H2O2捕捉剂）时H2O2的量；（b）水溶液中得到的DMPO-·OHESR谱图；（c）甲醇溶液中得到的DMPO-·O2-ESR谱图。具体实施方式本专利技术所提出的铜铁协同降解污染物的机理并不仅限于铁铜双金属，还可以推广到其他双金属体系如钴铁、镍铁。另外，本专利技术所用铁剂不仅仅为亚铁盐，也可以是污水中自带的二价铁，此处所描写的具体实施例仅用于解释本专利技术，并不限定于本专利技术。本专利技术仅提供了一种上述材料的应用。实施例１：本专利技术方法对对乙酰氨基苯酚的降解常温常压下，以处理50mg·L-1对乙酰氨基苯酚（ACT）的废水为例，先投加一定量的氯化亚铁，控制水体中Fe2+浓度在5mM~20mM，调节废水的初始pH在3~7，最后加入氧化铜，控制其浓度在1g·L-1~10g·L-1之间。实施例２：本专利技术方法（以亚铁盐为Fe2+剂）和其它不同体系对对乙酰氨基苯酚的降解效果第一步：秤取三份氧化铜粉末，每份1g，三份氯化亚铁颗粒，每份2mmol，第一份为氯化亚铁和氧化铜的组合，记为组分A，第二份为单独氯化亚铁，记为组分B，第三份为单独氧化铜，记为组分C。第四份与第一份相同，记为组分D。第二步：配置四份50mg/L的ACT（对乙酰氨基苯酚）溶液，每份200mL。反应之前启动搅拌器搅拌半小时，使前三个烧杯中溶液充氧达到饱和，第四只烧杯全程用氮气隔绝氧气。先将组分中的铁剂投入水体，然后调节pH为3，再投入氧化铜粉末。启动搅拌器，开始反应，反应时间为6h。第三步：6h后停止反应，取1mL的溶液用0.22μm聚醚砜针式滤器过滤，测量剩余ACT的溶度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由Fe

【技术特征摘要】
1.一种由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂，其特征在于所述复方分子氧活化剂由Fe2+剂和CuO组成，Fe2+投放量为5mM~20mM，氧化铜投放量为1g/L~10g/L。2.根据权利要求１所述的复方分子氧活化剂，其特征在于所述Fe2+剂为二价铁盐、废酸中和菱铁矿或含二价铁离子的废水。3.一种如权利要求２所述的由Fe2+剂和CuO组成的复方分子氧活化剂应用于氧化降解有机物，其特征在于具体步骤如下：（１）对废水进行充氧，启动搅拌器进行搅拌，半小时后废水中的溶解氧接近饱和；（２）向步骤（１）所得产物中加入Fe2+剂，先使其...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊金红，秦贺贺，马鲁铭，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31