申请日2014.10.15
公开(公告)日2016.03.02
IPC分类号C02F1/72; B01J31/28
摘要
本发明公开了一种基于聚噻吩/零价铁复合材料活化分子氧处理有机废水的方法。该方法以聚噻吩/零价铁复合材料作为催化剂，以空气或氧气作为氧化剂，通过催化活化分子氧，原位形成活性氧，对水中有机污染物进行降解。聚噻吩/零价铁复合材料催化活性高，可直接利用空气中的氧气，成本低廉，环境友好，易于回收，可重复利用，并且该方法设备简单，操作方便，能在较宽的pH值范围内高效的降解水中有机污染物，具有很大的应用前景。
权利要求书
1.一种基于聚噻吩/零价铁复合材料活化分子氧处理有机废水的方法，其特征在于：在有机废水中加入一定量聚噻吩/零价铁复合材料作为催化剂，并通入空气或者氧气，室温下通过活化分子氧，原位产生H2O2，与生成的Fe2+形成Fenton反应，对水中有机污染物进行降解;
所述聚噻吩/零价铁复合材料为枝状，其制备方法为：(1)聚噻吩的合成：首先将噻吩减压蒸馏;取2mL蒸馏过的噻吩，将其滴入10mL氯仿中，并称取8.0g无水三氯化铁放置于30mL的氯仿中，在真空冰浴条件下，将噻吩氯仿混合液滴入摩尔比为4:1的无水三氯化铁和氯仿混合液中，磁力搅拌24h，然后再在室温条件下磁力搅拌24h使其充分混合，得到产物;用稀盐酸洗涤产物，直至洗涤液为无色，再用蒸馏水洗涤至pH=7.0，然后在60℃真空干燥24h，得到聚噻吩;(2)聚噻吩/零价铁的合成：将铁盐溶于体积比2:1的无水乙醇和蒸馏水混合液中，将聚噻吩在不断搅拌且通入氮气的条件下加入上述铁盐溶液中，充分搅拌分散6h，然后按硼氢化钠或硼氢化钾和铁离子的摩尔比3:1的比例将2.5mol/L的硼氢化钠或硼氢化钾溶液以2滴每秒的速度滴入上述溶液中，滴加完毕后持续搅拌混合液30min，使反应完全，离心分离沉淀，氮气保护下，用无水乙醇洗涤沉淀至洗涤液为无色，然后在60℃真空干燥12h，得到产物;
所述铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁或硝酸铁，聚噻吩/零价铁复合材料中零价铁百分含量为5.0～50.0%;
当所述有机废水浓度为1.0～30.0mg/L时，聚噻吩/零价铁复合材料优化用量为1.0～10.0g/L。
说明书
一种基于聚噻吩/零价铁复合材料活化分子氧处理有机废水的方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种基于聚噻吩/零价铁复合材料活化分子氧处理有机废水的方法。
背景技术
近年来，基于零价铁/O2氧化体系的高级氧化技术受到了国内外的广泛关注，该技术可有效处理水中多种有机污染物如卤代烃、农药和染料等。在零价铁/O2体系中，活性氧(ROS)的形成机制主要有二种：一是零价铁通过双电子传递路径与O2反应产生H2O2;二是零价铁氧化形成的Fe2+通过单电子传递路径与O2反应产生H2O2。然后，生成的Fe2+和H2O2通过Fenton反应生成羟基自由基(·OH)。零价铁催化活化分子氧是一个复杂的多相反应过程，受到pH、溶解氧浓度、零价铁比表面积及用量、共存物质以及反应温度等因素的影响。
纳米零价铁在有机物和重金属污染控制方面表现出优越的性能，但纳米零价铁颗粒自身的磁性引力，易引起团聚，与污染物有效接触面积减小，导致污染物去除率下降;同时，团聚也不利于纳米零价铁在环境水体和土壤中的流动性，对环境污染的修复工作不利。此外，纳米零价铁不稳定，易被氧化。因此，把纳米零价铁负载于载体之上被认为是获得高效、稳定纳米铁的方法，如人们将纳米铁负载于活性炭、膨润土、高岭土、氧化铝、氧化硅和沸石等载体上，减轻纳米铁团聚，构建高效稳定的催化氧化体系。
聚噻吩(PTh)是一类重要的导电聚合物，具有良好的电化学活性、环境稳定性以及可加工性能，广泛应用于电子学、光学、生物学等领域;聚噻吩也是一种性能良好的催化剂载体。在聚噻吩上负载纳米零价铁，不仅可以解决纳米零价铁易氧化和易团聚的问题，而且能发挥聚噻吩的导电性能，有利于零价铁/O2体系中电子转移，促进活性氧的形成，所以，在有机废水处理领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于聚噻吩/零价铁复合材料活化分子氧处理有机废水的方法。本发明的方法具有设备简单、操作方便、成本低廉、无选择性、适用pH值范围较宽(pH3.0～11.0)等优点。
本发明的技术方案是：一种基于聚噻吩/零价铁复合材料活化分子氧处理有机废水的方法，其特征在于：在有机废水中加入一定量聚噻吩/零价铁复合材料作为催化剂，并通入空气或者氧气，室温下通过活化分子氧，原位产生H2O2，与生成的Fe2+形成Fenton反应，对水中有机污染物进行降解。
所述有机废水pH值为3.0～11.0。
所述有机废水中分子氧浓度为2.0～8.0mg/L。
所述聚噻吩/零价铁复合材料为枝状，其制备方法为：(1)聚噻吩的合成。首先将噻吩减压蒸馏;取2mL蒸馏过的噻吩，将其滴入10mL氯仿中，并称取8.0g无水三氯化铁放置于30mL的氯仿中;在真空冰浴条件下，将噻吩氯仿混合液滴入无水三氯化铁氯仿混合液中(无水三氯化铁与噻吩的摩尔比为4:1)，磁力搅拌24h，然后再在室温条件下磁力搅拌24h使其充分混合，得到产物;用稀盐酸洗涤产物，直至洗涤液为无色，再用蒸馏水洗涤至pH=7.0，然后在60℃真空干燥24h，得到聚噻吩;(2)聚噻吩/零价铁的合成。将铁盐溶于无水乙醇和蒸馏水混合液中(体积比2:1);将聚噻吩在不断搅拌且通入氮气的条件下加入上述铁盐溶液中，充分搅拌分散6h，然后按比例将2.5mol/L的硼氢化钠或硼氢化钾溶液(硼氢化钠或硼氢化钾和铁离子的摩尔比为3:1)以2滴每秒的速度滴入其中，滴加完毕后持续搅拌混合液30min，使反应完全，离心分离沉淀;氮气保护下，用无水乙醇洗涤沉淀至洗涤液为无色，然后在60℃真空干燥12h，得到产物。
所述聚噻吩/零价铁复合材料，其制备时所用铁盐包括硫酸亚铁、氯化亚铁、硫酸铁、氯化铁和硝酸铁等，聚噻吩/零价铁复合材料中零价铁百分含量为5.0～50.0%。
当所述有机废水浓度为1.0～30.0mg/L时，聚噻吩/零价铁复合材料优化用量为1.0～10.0g/L。
本发明的有益之处主要体现在：
(1)纳米零价铁负载到固体载体上可以有效抑制团聚，增大比表面积;
(2)聚噻吩是一种化学性质稳定具有多孔结构的高分子聚合物，吸附能力强，有助于吸附溶液中的有机污染物，并且将聚噻吩作为固体载体负载零价铁也增加了纳米零价铁的稳定性;
(3)聚噻吩是一种导电聚合物，有利于负载于其上的零价铁和氧气分子之间的电子转移，促进体系中活性氧的形成;
(4)利用分子氧作为氧化剂，无需外加双氧水，具有成本低廉、环境友好、来源广泛等优点;
(5)反应条件温和，在较宽的pH范围内(pH3.0～11.0)高效、快速的降解水中有机污染物，无二次污染;
(6)催化剂具有磁性，易于回收，可重复利用，具有较大的应用前景。
