一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法，包括如下步骤：制作微生物电芬顿系统所需的阳极碳刷，并预处理；为培养产电微生物，配制微生物生长所需营养液；在反应器阳极室加入厌氧污泥和营养液，并通入氮气，阴极室为铁氰化钾溶液，对产电微生物进行培养与驯化；将阳极产电菌培养完成的反应器阴极溶液替换成全氟辛酸溶液，并加入过硫酸钠，施加电压，得到电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸反应器；将反应器维持在维持适宜的温度，向阴极室中通入空气，在有氧条件下全氟辛酸降解。该方法中使用产电微生物做阳极的电芬顿系统能够在较低电压下产生过氧化氢；该方法中羟基自由基和过硫酸钠相互配合，能够加快全氟辛酸的降解速度。氟辛酸的降解速度。

【技术实现步骤摘要】
一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法


[0001]本专利技术涉及一种全氟辛酸的降解方法。更具体地，涉及一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法。

技术介绍

[0002]全氟辛酸是全氟化合物的一种，是一种人工合成的有机物，其分子式为CF3(CF2)6COOH。由于其化学稳定性、热稳定性、高表面活性、疏水和疏油性，自20世纪50年代以来，全氟辛酸常用于生产聚四氟乙烯、氟聚合物和氟橡胶等含氟化合物等的聚合分散剂，也用作表面活性剂、乳化剂、全氟辛酸及其钠盐或铵盐用于四氟乙烯聚合及氟橡胶生产时作分散剂，也用作制备增水、憎油剂的原料和选矿剂。而这些化合物则被广泛应用于生产日常生活中必不可少的物品，如不沾涂层、防水膜、透气衣服、电线套管、耐火耐油管等。虽然一些国家和工厂开始逐渐禁止全氟辛酸的生产和使用,但是这些含氟产品仍然在使用，随着含氟化合物的广泛应用，全氟辛酸也不断扩散到环境中，由于其高稳定性和难降解性，人们逐渐开始在各种环境介质中甚至人体中监测出全氟辛酸。全氟辛酸可通过呼吸道、消化道、皮肤接触进入人体，在人体内的消除半衰期长达3.8年，可在人体内停留较长时间，对人体的激素分泌、免疫系统、女性生殖系统和胎儿发育等方面具有不同程度的影响，还有研究发现全氟辛酸主要在人体的肝脏、血液中富集，对人类身体健康产生极大威胁。
[0003]全氟辛酸之所以具有高稳定性，主要是因为所有碳氢键都被碳氟键取代，而碳氟键具有极强的键能，而使其断裂所需和能量也很高。随着人类发现全氟辛酸在环境中具有持久性、生物累积性，并对人类和其他生物的危害，全氟辛酸的控制和降解逐渐成为公众关注的焦点。目前可用于从环境中去除全氟辛酸的方法包括物理法和化学法。物理法如传统的反渗透、活性炭吸附等，可以有效从水体中去除全氟辛酸，但并未将其完全降解，仍需后续处理才能彻底将其从环境中去除。化学方法如热分解、氧化剂氧化、光催化氧化等则需要苛刻的处理条件和较高的成本。
[0004]综上所述，需要提供一种全新的全氟辛酸降解方法，有效降解全氟辛酸并提高其降解的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法。该方法中将微生物电芬顿和过硫酸钠耦合形成全氟辛酸降解系统，该降解系统能够加快全氟辛酸的降解速度；该发酵系统能够达到99％的全氟辛酸降解率，且处理条件温和，全氟辛酸降解彻底。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0007]一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法，包括如下步骤：
[0008]S1、制作微生物电芬顿系统所需的阳极碳刷和阴极电极，并进行预处理；
[0009]S2、为培养产电微生物，配制产电微生物生长所需的营养液；
[0010]S3、在反应器阳极室加入厌氧污泥和营养液，并通入氮气，阴极室为铁氰化钾溶液，对产电微生物进行培养与驯化；
[0011]S4、将阳极产电微生物培养完成的反应器阴极溶液替换成全氟辛酸溶液，并加入过硫酸钠，施加电压，得到电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸反应器；
[0012]S5、将反应器维持在维持适宜的温度，向阴极室中通入空气，在有氧条件下进行全氟辛酸降解。
[0013]本专利技术中，术语“微生物电芬顿”是芬顿技术与微生物燃料电池技术结合形成的新型去污技术。在反应器的阳极，首先由产电微生物降解有机物(例如生活废水)产生电子和质子，然后分别通过外电路和质子交换膜转移到阴极室，在阴极中进行双电子氧还原反应，实现原位过氧化氢生产，随后过氧化氢与Fe
2+
反应生成羟基自由基，具有强氧化性的羟基自由基可氧化难降解有机物。
[0014]本专利技术中，术语“产电微生物”主要集中在变形菌门和厚壁菌门，如杆菌、假单胞菌属、红玉菌属、希瓦氏菌属、乳球菌属、大肠埃希氏菌属等。是微生物在代谢有机物的过程中产生电子，并通过电子传递链协助电子传递，阳极上产电微生物可以认为是不同功能的细胞混合，它们作为细胞的动力源，可以用于发电、增殖。
[0015]本专利技术中，术语“厌氧污泥”是指在厌氧反应器中经过厌氧培养之后，使得污泥中含有厌氧菌群落，从而达到良好的有机物沉降性。主要用于污水处理，能降解原废水中的各种有机污染物，且成本更经济。
[0016]本专利技术中，术语“阳极液”是指在阳极室中由所制营养液与污泥混合而成，适合产电微生物生长的液体。
[0017]作为技术方案的进一步改进，步骤S1包括如下具体步骤：
[0018]S1
‑
1、将碳纤维丝和直径为0.8
‑
1.2mm的钛丝加工成碳纤维刷，碳纤维刷具有固定尺寸；
[0019]S1
‑
2、制作好的碳纤维刷用0.8
‑
1.2mol
·
L
‑1的NaOH溶液浸泡5.5
‑
6.5h，去除杂质离子；
[0020]S1
‑
3、再用1mol
·
L
‑1HCL浸泡5.5
‑
6.5h，用去离子水超声清洗至中性；
[0021]S1
‑
4、用去离子水煮2.5
‑
.35h，每隔30min更换一次水；
[0022]S1
‑
5、使用马弗炉加热处理，得到阳极碳刷。
[0023]S1
‑
6、将石墨板切割成4cm*4cm*0.5cm的方块；
[0024]S1
‑
7、首先用1mol
·
L
‑
1的NaOH溶液浸泡4.5
‑
5.5h，去除杂质离子；
[0025]S1
‑
8、用1mol
·
L
‑
1的HCL浸泡5.5
‑
6.5h，用去离子水超声清洗至中性，得到石墨板阴极电极。
[0026]优选地，步骤S1
‑
1中，所述固定尺寸是指碳纤维刷长6cm，直径为4cm；
[0027]优选地，步骤S1
‑
5中，所述马弗炉处理温度为480
‑
520℃，处理时间为8
‑
12分钟。
[0028]作为技术方案的进一步改进，步骤S2中，所述营养液的配方为每升溶液中含有以下的物质：3mg硫酸镁，0.13mg氯化锌，0.005mg七水硫酸锌，1.5mg氨三乙酸，0.5mg一水合硫酸锰，310mg氯化铵，130mg氯化钾，0.01mg硼酸，0.01mg六水合氯化钴，5mg烟酸，2mg叶酸，0.01mg五水合硫酸铜，0.024mg六水合氯化镍，0.024mg二水合钨酸钠，0.1mgB
‑
12，5mg维生素B1，6mg维生素B2，10mg维生素B6，6mg对氨基苯甲酸，2000mg葡萄糖，2000mg乙酸钠。
[0029]作为技术方案的进一步改进，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法，包括如下步骤：S1、制作微生物电芬顿系统所需的阳极碳刷和阴极电极，并进行预处理；S2、为培养产电微生物，配制产电微生物生长所需的营养液；S3、在反应器阳极室加入厌氧污泥和营养液，并通入氮气，阴极室为铁氰化钾溶液，对产电微生物进行培养与驯化；S4、将阳极产电微生物培养完成的反应器阴极溶液替换成全氟辛酸溶液，并加入过硫酸钠，施加电压，得到电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸反应器；S5、将反应器维持在维持适宜的温度，向阴极室中通入空气，在有氧条件下进行全氟辛酸降解。2.根据权利要求1所述微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法，其特征在于，步骤S1包括如下具体步骤：S1
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1、将碳纤维丝和直径为0.8
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1.2mm的钛丝加工成碳纤维刷，碳纤维刷具有固定尺寸；S1
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2、制作好的碳纤维刷用0.8
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1.2mol
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‑1的NaOH溶液浸泡5.5
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6.5h，去除杂质离子；S1
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3、再用1mol
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‑1HCL浸泡5.5
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6.5h，用去离子水超声清洗至中性；S1
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4、用去离子水煮2.5
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.35h，每隔30min更换一次水；S1
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5、使用马弗炉加热处理，得到阳极碳刷；S1
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6、将石墨板切割成4cm*4cm*0.5cm的方块；S1
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7、首先用1mol
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1的NaOH溶液浸泡4.5
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5.5h，去除杂质离子；S1
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8、用1mol
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1的HCL浸泡5.5
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6.5h，用去离子水超声清洗至中性，得到石墨板阴极电极。3.根据权利要求2所述微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法，其特征在于：步骤S1
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1中，所述固定尺寸是指碳纤维刷长6cm，直径为4cm；优选地，步骤S1
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5中，所述马弗炉处理温度为480
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520℃，处理时间为8
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12分钟。4.根据权利要求1所述微生物电芬顿耦合过硫酸钠降解全氟辛酸的方法，其特征在于：步骤S2中，所述营养液的配方为每升溶液中含有以下的物质：3mg硫酸镁，0.13mg氯化锌，0.005mg七水硫酸锌，1.5mg氨三乙酸，0.5mg一水合硫酸锰，310mg氯化铵，130mg氯化钾，0.01mg硼酸，0.01mg六水合氯化钴，5mg烟酸，2mg叶酸，0.01mg五水合硫酸铜，0.024mg六水合氯化镍，0.024mg二水合钨酸钠，0.1mgB
‑
12，5mg维生素B1，6mg维生素B2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雯，翟东阳，杨紫怡，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：