阴阳极协同活化高锰酸盐-过硫酸盐降解水中有机物的方法技术

本发明专利技术公开了一种阴阳极协同活化高锰酸盐

【技术实现步骤摘要】
阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法


[0001]本专利技术涉及水处理
，特别的涉及阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法。

技术介绍

[0002]抗生素是一种能杀死或抑制细菌生长的化学物质，由于其良好的抗菌性能，在人类及动物的疾病防治、农业生产、畜牧及水产养殖等领域得到了广泛地应用。近年来，抗生素在生产和使用过程中可通过各种途经进入到环境中，水环境中的抗生素污染问题日益严重，由于传统水处理工艺难以对此类难降解有机物实现有效降解，会造成这类污染物在环境中的积累，对水质安全保障及生态环境造成了极大的威胁，因此对水中难降解有机物的降解研究迫在眉睫。
[0003]基于过硫酸盐的高级氧化技术是一种新型的水处理技术，该技术主要是通过过硫酸盐活化产生的硫酸根自由基、羟基自由基或单线态氧等强氧化性物质攻击难降解污染物。由于高级氧化技术对水中的污染物降解具有高效性、无选择性、氧化彻底等特性，在降解水中有机污染物方面效果显著，因此是目前研究降解水中有机污染物的一个重点方向。常见的活化方式有过渡金属离子活化、紫外活化、超声活化、炭材料活化、电活化等。其中，电活化操作简便，没有二次污染的风险，且在活化过程中过硫酸根离子可再生。由于电活化本身效率较低，目前大多数研究集中于以铁离子及其螯合物作为共活化剂，提高对过硫酸盐的活化效率。但是，铁离子的引入会产生铁泥积累问题，并且pH适用范围小。螯合物作为固相催化剂，可以有效减少铁泥的产生，但活化效率有限。因此，寻找一种环境友好、经济有效的共活化剂对于电活化过硫酸盐高级氧化技术的发展及应用十分必要。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法，解决现有的氧化法降解有机污染物存在活化效率低、二次污染、适用范围小和能耗高等问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法，包括以下步骤：将待处理的有机废水注入含有阴/阳电极系统的反应室中，然后向所述有机废水中投加高锰酸盐和过硫酸盐，外加直流电源，控制通电电流为10～800mA，在室温下进行搅拌，反应30～60min即可完成对有机废水中有机污染物的降解。
[0006]该体系中外加电场可实现对高锰酸盐和过硫酸盐的阴阳极同步催化活化。高锰酸盐和过硫酸盐均是环境友好，避免了二次污染，价格低廉的氧化剂，常被应用于环境修复领域。在外加电场作用下，由于氧化还原电位差异，高锰酸盐更易在阴极发生的得电子反应，而过硫酸盐的活化主要发生在阳极。在电阴极活化作用下，高锰酸盐可以产生活性三价锰，其作为一种强单电子氧化剂，对于富电子有机物具有明显攻击性。在电阳极活化作用下，过
硫酸盐可以产生一种特殊过渡状态，即活化态过硫酸盐，其反应活性明显增强，更易于发生电子转移，实现有机物的降解。
[0007]上述过程涉及反应式如下：
[0008]电阴极活化：
[0009][0010][0011][0012]电阳极活化：
[0013][0014][0015]除电场阴阳极的同步活化作用外，高锰酸盐与过硫酸盐之间具有协同作用，一方面，加入过硫酸盐能够形成酸性环境，有利于高锰酸盐的反应，且阳极产生的活化态过硫酸盐能够促使氧化二价锰生成三价锰，快速降解有机物；另一方面，高锰酸盐的还原产物二氧化锰和二价锰能够活化过硫酸盐产生自由基与单线态氧等强氧化性物质，大大提高了降解有机物的效率，大大缩短了降解时间，提高了投加物的利用效率，降低了能耗。可见，高锰酸氧化法、电化学催化法和过硫酸氧化法之间存在耦合氧化体系，该耦合氧化体系对有机物的处理效率远高于电化学阴极催化高锰酸氧化法或电化学阴极催化过硫酸盐法，更不是几种氧化方法的简单叠加之和。
[0016]上述过程涉及反应式如下：
[0017][0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025]作为优选的，所述有机废水的pH值调至3～10。
[0026]作为优选的，所述高锰酸盐的浓度为0.01～1000mM，针对低浓度的微污染废水，高锰酸盐的浓度可以选自0.01～0.12mM。
[0027]作为优选的，所述过硫酸盐的浓度为0.01～1000mM；针对低浓度的微污染废水，过硫酸钠的浓度可以选自0.01～0.7mM。
[0028]作为优选的，所述高锰酸盐为高锰酸钾或高锰酸钠。
[0029]作为优选的，所述过硫酸盐为过二硫酸盐。过二硫酸盐价格低廉，且化学稳定性好。
[0030]作为优选的，所述过二硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸钙、过硫酸氨和过硫酸镁的一种或多种。
[0031]作为优选的，所述过硫酸盐/高锰酸盐的投加方式为以固体的形式直接投加或者以水溶液的形式投加。
[0032]作为优选的，所述阴/阳电极系统中阴极材料和阳极材料独立选自碳基电极、金属电极、金属复合负载电极或陶瓷电极。
[0033]其中，所述的碳基电极为石墨烯材料电极、碳纳米材料电极、碳纤维电极、活性碳材料电极、网状玻璃碳电极或石墨电极；所述的金属电极为铂电极、钛电极、铜电极、镍电极，且所述的金属电极为丝状、棒状或板状电极；所述金属复合负载电极中电极为金属、金属氧化物和金属氢氧化物一种或几种的混合修饰的复合电极，且所述的金属为元素周期表第4～6周期的金属元素，如钛镀铂电极或镍镀铂电极；所述的陶瓷电极电极为碳化氮电极、碳化硅电极、碳化钨电极或Ebonex电极。
[0034]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：
[0035]1、本专利技术在外加电场下对高锰酸盐和过硫酸盐的阴阳极同步催化活化，在电阴极活化作用下，高锰酸盐可以产生活性三价锰，其作为一种强单电子氧化剂，对于富电子有机物具有明显攻击性。在电阳极活化作用下，过硫酸盐可以产生一种特殊过渡状态，即活化态过硫酸盐，其反应活性明显增强，更易于发生电子转移，实现有机物的降解，且首次发现在电场作用下高锰酸盐与过硫酸盐之间具有协同反应，该反应能够促进活性物质的产生，有效提高对于污染物的降解效果，本专利技术实现在较宽pH范围条件下对于污染物均具有较好的去除率与矿化率。同等条件下，本专利技术与电活化过硫酸盐氧化处理有机污染相比，对无机物的去除率提高了60％，矿化率提高了50％；与过硫酸盐耦合高锰酸钾处理有机污染相比，对无机物的去除率提高了70％，矿化率提高了47％；与电活化高锰酸钾处理有机污染相比，对无机物的去除率提高了30％，矿化率提高了29％；大大的提高了对有机废水的处理效果，不是常规氧化方法简单的叠加。
[0036]2、本专利技术以高锰酸盐与过硫酸盐为原料，具有价格低廉、环境友好、易于储存和运输的优点，且只需提供微电流即可实现有效活化，降低能耗，有效提高了药剂的利用率，明显降低污水处理成本，具有经济效益。
[0037]3、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法，其特征在于，包括以下步骤：将待处理的有机废水注入含有阴/阳电极系统的反应室中，然后向所述有机废水中投加高锰酸盐和过硫酸盐，外加直流电源，控制通电电流为10~800 mA，在室温下进行搅拌，反应30~60 min即可完成对有机废水中有机污染物的降解。2.根据权利要求1所述阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法，其特征在于，所述有机废水的pH值调至3~10。3.根据权利要求1所述阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法，其特征在于，所述高锰酸盐的浓度为0.01~1000 mM。4.根据权利要求1所述阴阳极协同活化高锰酸盐
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过硫酸盐降解水中有机物的方法，其特征在于，所述过硫酸盐的浓度为0.01~1000 mM。5.根据权利要求1所述阴阳极协同活化高锰酸盐

【专利技术属性】
技术研发人员：赵纯，朱莹，丁昊杰，孙志华，于碧玉，樊佳慧，许劲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：