一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法，属于水处理技术领域。本发明专利技术的方法步骤如下：对含有有机污染物和过一硫酸盐的混合溶液加电压处理即可。在辅助电场作用下，芳香族有机污染物在阳极可氧化为醌类有机中间体，这使得整个实验过程无需额外添加活化剂。其次，电极表面或溶液中的醌类中间体可与溶液中PMS反应生成具有氧化能力的单线态氧。单线态氧对芳香族富电子基团具有选择性，因此可进一步对母体有机污染物及中间产物进行氧化，进而可有效缓解聚合物有机中间体在电极表面的吸附和沉积。间体在电极表面的吸附和沉积。间体在电极表面的吸附和沉积。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法


[0001]本专利技术涉及水处理
，尤其涉及一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法。

技术介绍

[0002]电化学氧化由于其高效、无需添加额外化学试剂、易于集成等优点，已成为一种人们广受关注且极具发展前景的水净化技术。然而，电极污染问题阻碍了电氧化技术的进一步发展。当氧化有机污染物时，所形成的有机聚合物中间体会沉积在电极表面，导致欧姆电阻和过电位增加，电流效率降低，从而造成能耗增加。这些聚合物中间体通常具有相对较大的分子尺寸、较高的结构稳定性和较低的几何极性，使得它们即使在相对较低的阳极电位下也具有热力学稳定性。
[0003]研究显示，在芳香族化合物(如苯胺和苯酚)的电化学氧化过程中，主要的阳极聚合中间体是含有醌基团(C＝O)和持久性有机自由基的富电子物质。醌类化合物由于具有较高的电子密度和较强的给电子能力，通常展现出良好的氧化还原活性。它们不仅可以作为金属配体和/或还原剂参与自然界有机质的环境地球化学反应，也可改善过渡金属的氧化还原循环性能。研究表明，醌类物质的存在可以促进Fe(III)/Fe(II)对的循环，从而显著提高Fenton反应活性。
[0004]一些研究人员已经使用醌(如对苯醌(BQ))作为过一硫酸盐(PMS)的非金属有机活化剂来净化水。例如，Zhou等显示，将BQ(10μM)与PMS(0.44mM)反应3min可使磺胺甲恶唑(8μM)的降解效率达86％(Environ.Sci.Technol.,2015,49(21),12941
‑
12950)。此外，结果也表明，该反应可生成100％的单线态氧(1O2)，其过程包括PMS的亲核加成、二氧环己烷关键中间体的置换和分解等。
[0005]在水处理过程中，1O2介导的非自由基氧化已经成为研究的热点，由于其具有长寿命及宽的pH适用范围，即使在复杂有机物存在的情况下，1O2也可以选择性氧化各种富电子污染物。但是，由醌类分子介导的PMS活化通常需要醌类分子的外部投加，这导致了水溶液的二次污染，严重地阻碍了其在水处理
的工程应用。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种不会引起二次污染及造成电极污染的水净化处理方法。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法，包括以下步骤：
[0009]对含有有机污染物和过一硫酸盐的混合溶液加电压处理即可；
[0010]所述加电压处理的电压设置为0.8～1.4V，加电压处理的时间为2～4h。
[0011]进一步的，所述有机污染物的浓度为40～60mg/L。
[0012]进一步的，所述过一硫酸盐的浓度为0.5～1.5mmol/L。
[0013]进一步的，所述有机污染物包含苯胺、苯酚、对硝基苯酚、阿特拉津和诺氟沙星中的至少一种。
[0014]进一步的，所述过一硫酸盐为单过硫酸氢钾PMS。
[0015]进一步的，所述混合溶液的pH值为3～11，用于调节混合溶液pH值的试剂为盐酸和/或氢氧化钠溶液，所述盐酸和/或氢氧化钠溶液的浓度独立的为1～2mol/L。
[0016]进一步的，所述加电压处理为将混合溶液置于三电极反应池中施加电压；其中，阳极为二氧化锡
‑
碳纳米管电极，阴极为钛片，参比电极为Ag/AgCl电极。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018](1)本专利技术可原位生成具有氧化还原活性的醌类中间体，不仅能有效地避免有机活化剂的额外投加，而且也节省了外加活化剂所需的成本。
[0019](2)本专利技术的体系可显著缓解传统电化学氧化过程中电极污染的问题。
[0020](3)单线态氧为本专利技术体系中唯一的活性氧化物种，可选择性氧化水溶液及电极表面上的富电子芳香族有机污染物。
[0021](4)本专利技术的体系对多种类型的污染物均有显著的效果，且pH应用范围较广。
附图说明
[0022]图1为实施例1与对比例1中的电化学体系对污染物降解性能对比图；
[0023]图2为实施例1与对比例1反应后的SnO2‑
CNT电极的红外光谱图；
[0024]图3为实施例1与对比例1中的SnO2‑
CNT电极循环实验图；
[0025]图4为实施例1～3中SnO2‑
CNT电极在不同pH条件下对特定污染物的去除效果图；
[0026]图5为实施例4～7中对不同模型污染物的降解性能图。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法，包括以下步骤：
[0028]对含有有机污染物和过一硫酸盐的混合溶液加电压处理即可；
[0029]所述加电压处理的电压设置为0.8～1.4V，加电压处理的时间为2～4h。
[0030]在本专利技术中，所述加电压处理的电压设置优选为1.0～1.2V，加电压处理的时间优选为3h。
[0031]在本专利技术中，所述有机污染物的浓度为40～60mg/L，优选为45～55mg/L，进一步优选为50mg/L。
[0032]在本专利技术中，所述醌类中间体包含苯醌和/或氢醌，优选为苯醌。
[0033]在本专利技术中，所述过一硫酸盐的浓度为0.5～1.5mmol/L，优选为0.8～1.2mmol/L，进一步优选为1.0mmol/L。
[0034]在本专利技术中，所述有机污染物包含苯胺、苯酚、对硝基苯酚、阿特拉津和诺氟沙星中的至少一种，优选为苯胺、苯酚和诺氟沙星中的至少一种。
[0035]在本专利技术中，所述过一硫酸盐优选为单过硫酸氢钾PMS。
[0036]在本专利技术中，所述混合溶液的pH值为3～11，用于调节混合溶液pH值的试剂为盐酸
和/或氢氧化钠溶液，所述盐酸和/或氢氧化钠溶液的浓度独立的为1～2mol/L；优选的，所述混合溶液的pH值为3、4、5、6.5、7、8、9或11，所述盐酸和/或氢氧化钠溶液的浓度独立的为1.5mol/L。
[0037]在本专利技术中，所述加电压处理为将混合溶液置于三电极反应池中施加电压；其中，阳极为二氧化锡
‑
碳纳米管电极，阴极为钛片，参比电极为Ag/AgCl电极。
[0038]在本专利技术中，所述SnO2‑
CNT电极的制备方法为：采用电吸附
‑
水热方式在碳纳米管表面生长一层二氧化锡纳米颗粒。其中，电吸附阶段：在外加电压1～2V的条件下，以碳纳米管电极作为阴极，钛片作为阳极，溶质为SnCl2，SnCl2的浓度为1～2mmol/L，电吸附时间为0.5～1.5h；水热阶段：将电吸附后的碳纳米管电极置于70～90℃的超纯水中，水热0.5～1.5h即可。
[0039]在本专利技术中，所述SnO2‑
CNT电极的制备方法优选为：电吸附阶段：在外加电压1V的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电生醌类中间体活化过一硫酸盐用于水净化的方法，其特征在于，包括以下步骤：对含有有机污染物和过一硫酸盐的混合溶液加电压处理即可；所述加电压处理的电压设置为0.8～1.4V，加电压处理的时间为2～4h。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机污染物的浓度为40～60mg/L。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述过一硫酸盐的浓度为0.5～1.5mmol/L。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述有机污染物包含苯胺、苯酚、对硝基苯酚、阿特拉津和诺氟沙星中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳彪，尤世界，刘富强，王致远，李方，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：