一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，公开了一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法，包括：在污染水体中加入钌纳米颗粒和过一硫酸盐，充分混合后污染物被过一硫酸盐活化产生的单线态氧选择性氧化去除。与铁、钴纳米颗粒活化过一硫酸盐产自由基相比，钌纳米颗粒表现出对过一硫酸盐不同的活化路径，能在短时间内产生大量单线态氧，具有选择性去除水体不饱和污染物的能力，在特定有机废水处理过程中具有明显优势，同时稳定性较好，可多次重复使用。可多次重复使用。

【技术实现步骤摘要】
一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法


[0001]本专利技术属于水处理
，尤其涉及一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于过一硫酸盐活化的非均相催化高级氧化工艺因其治理效果优异、催化剂回收方便、反应条件范围宽等优点而受到水处理领域的广泛关注。常见催化剂如铁纳米颗粒、钴纳米颗粒，可活化过一硫酸盐产生具有强氧化性的自由基，以有效进攻有机污染物进而矿化其成小分子和CO2，但无法选择性降解污染物，同时其对污水处理效果往往受水体pH、天然有机质、环境基质(如SO
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、Cl
‑
、H2PO4‑
)等因素影响。相对自由基，单线态氧是一种寿命更长、pH适应性更宽、环境基质耐受性更好的氧化剂，因具有温和的亲电性而对不饱和污染物的降解表现出高选择性，在特定废水处理过程中具有明显优势。然而，由于过一硫酸盐中过氧键的不对称结构，其活化通常以O
‑
O键断裂产自由基为主，单线态氧往往是催化体系的弱势氧物种。因此，有必要寻找一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧从而选择性降解污染物的体系。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法。
[0004]本专利技术为解决技术问题，采用如下技术方案：
[0005]一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法，包括：在污染水体中加入适量钌纳米颗粒和过一硫酸盐，充分混合后水体中目标污染物被过一硫酸盐活化产生的单线态氧氧化去除。
[0006]所述钌纳米颗粒由钌盐和三聚氰胺混合后在惰性气体氛围下高温反应后获得。优选的，钌盐为三氯化钌。优选的，钌盐和三聚氰胺的摩尔比为1：10～25。优选的，高温反应的温度为650℃～850℃。
[0007]优选的，所述钌纳米颗粒在污染水体中的投加量为0.02～0.2g/L。
[0008]优选的，所述过一硫酸盐在污染水体中的投加浓度为0.5～5mM。
[0009]优选的，所述污染水体中的污染物浓度为1～10mg/L。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：
[0011]本专利技术以钌纳米颗粒作为过一硫酸盐的催化剂，短时间内可专一性产生大量单线态氧来氧化水中污染物。该体系具有选择性去除水体不饱和污染物的能力，同时稳定性较好，可多次重复使用。该反应受初始pH值、环境基质的影响较小，适用于多种有机废水。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例1中得到的钌纳米颗粒的X射线衍射图谱(图1中(a))和透射电镜图(图1中(b))；
[0013]图2为本专利技术实施例2中钌纳米颗粒活化过一硫酸盐产活性氧物种图，图2中(a)为羟基自由基和硫酸根自由基的EPR测试结果，图2中(b)为单线态氧的EPR测试结果。
[0014]图3为本专利技术实施例3中不同温度下制备的钌纳米颗粒活化过一硫酸盐去除RhB的表观速率常数图。
[0015]图4为本专利技术实施例4中钌纳米颗粒活化过一硫酸盐去除不同污染物的表观速率常数图。
[0016]图5为本专利技术实施例5中不同环境基质、pH条件下钌纳米颗粒活化过一硫酸盐去除RhB的去除效率图；
[0017]图6为本专利技术实施例6中钌纳米颗粒活化过一硫酸盐去除RhB的循环实验。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]本专利技术提供了一种钌纳米颗粒活化过一硫酸盐高选择性产单线态氧的方法，包括：在污染水体中加入适量钌纳米颗粒和过一硫酸盐，充分混合后目标污染物被过一硫酸盐活化产生的单线态氧氧化去除。
[0020]在反应体系中：所述钌纳米颗粒投加量优选为0.02～0.2g/L，所述过一硫酸盐浓度优选为0.5～5.0mM。将钌纳米颗粒、过一硫酸盐与含污染物的溶液混合。所述含污染物的溶液中污染物的浓度优选为1～10mg/L。在本专利技术中如无特殊说明，反应前不需要特别控制pH值。所述反应的温度优选为15℃～30℃，更优选为20℃～30℃，再优选为25℃～30℃。所述反应的时间优选为3～30min，更优选为3～20min，再优选为5～10min。所述反应优选在搅拌或振荡的条件下进行。所述搅拌或振荡的速度优选为50～500rpm，更优选为100～500rpm，再优选为200～400rpm。
[0021]本专利技术以钌纳米颗粒作为过一硫酸盐的催化剂，短时间内可专一性产生大量单线态氧来氧化水中污染物。该体系具有选择性去除水体不饱和污染物的能力，同时稳定性较好，可多次重复使用。该反应受初始pH值、环境基质的影响较小，适用于多种有机废水。
[0022]实施例1钌纳米颗粒的物相和晶体结构表征
[0023]本实施例通过高温退火法制备钌纳米颗粒，具体步骤为：
[0024]取RuCl3·
3H2O(三水合氯化钌)和三聚氰胺溶解/分散于250mL无水乙醇，使二者浓度分别为1mM、15mM，后旋蒸得到棕褐色固体前驱物。将前驱物在惰性气体氛围下退火煅烧2小时，退火温度分别设置为650℃、750℃、850℃，后冷却至室温即可获得钌纳米颗粒(标记为Ru
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x，x代表退火温度)。X射线衍射技术(XRD)和透射电镜(TEM)表征制得的钌纳米颗粒，如图1所示。从图1(a)和(b)可以看出，不同温度下成功制备出了钌纳米颗粒。
[0025]实施例2钌纳米颗粒活化过一硫酸盐选择性产单线态氧
[0026]将1mgRu
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850加入50mL水中，滴加1mM过一硫酸盐引发反应，温度为25℃、转速为200rpm，定时取样。使用DMPO捕获溶液中羟基自由基和硫酸根自由基，使用TEMP捕获溶液中单线态氧。利用电子顺磁共振波谱仪(EPR)测定反应溶液自活性氧物种生成情况。
[0027]EPR测试结果如图2(a)所示，可见该反应体系与未添加催化剂(PMSalone)相比，并未产生更多羟基自由基和硫酸根自由基；如图2(b)所示，该反应体系的单线态氧“三重峰”信号明显较强，说明过一硫酸盐被钌纳米颗粒活化专一性产单线态氧。
[0028]实施例3不同温度下制备的钌纳米颗粒对活化过一硫酸盐去除污染物的影响
[0029]将1mgRu
‑
650、Ru
‑
750、Ru
‑
850分别加入装有50mL含10mg/L污染物罗丹明B(RhB)的水中，滴加1mM过一硫酸盐引发反应，温度为25℃，转速为200rpm，定时取样。溶液中污染物降解情况如图3所示，可以看出各温度下制备的钌纳米颗粒都有优异的活化过一硫酸盐降解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法，其特征在于：在污染水体中加入钌纳米颗粒和过一硫酸盐，充分混合后水体中污染物被过一硫酸盐活化产生的单线态氧选择性氧化去除。2.根据权利要求1所述的活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法，其特征在于：所述钌纳米颗粒由钌盐和三聚氰胺混合后在惰性气体氛围下高温反应后获得。3.根据权利要求2所述的活化过一硫酸盐专一产单线态氧选择性去除水中污染物的方法，其特征在于：钌盐和三聚氰胺的摩尔比为1：10～25。4.根据权利要求2所述的活化过一硫酸盐专一产单线态氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆杨，毕广宇，丁茸茸，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：