公布日：2023.10.10
申请日：2023.06.02
分类号：C02F1/66(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;B01D53/78(2006.01)I;B01D53/62(2006.01)I;C02F101/34(2006.01)N;C02F101/36(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N;
C02F101/32(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，是在有机废水中加入钠或钾的无机物，并通入CO2直至废水pH值达到6~9；再加入过氧化氢原位生成氧化剂过氧碳酸氢盐；然后在催化剂的催化活化作用下，过氧碳酸氢盐分解生成多种活性氧物种，实现对水中有机污染物的氧化降解。本发明摆脱了传统芬顿反应催化活化过氧化氢的反应路径，且不受限于氧化态金属催化剂缓慢的还原动力学和韦斯‑哈伯循环反应的制约；反应过程中没有酸性体系要求，且反应过程不产生固废，避免了过氧化氢无效分解严重，羟基自由基产率低等问题；在降解水中有机污染物的同时，具有很好的应用潜力。
权利要求书
1.通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，是在有机废水中加入钠或钾的无机物，并通入CO2直至废水pH值达到6~9；再加入过氧化氢，于25oC~60oC下搅拌反应5~10分钟，原位生成氧化剂过氧碳酸氢盐；然后加入催化剂，于25oC~60oC下，搅拌反应10~60分钟；在催化剂的催化活化作用下，过氧碳酸氢盐分解生成多种活性氧物种，实现对水中有机污染物的氧化降解。
2.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述钠或钾的无机物为碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾或氢氧化钾中的一种或两种以上的组合。
3.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述钠或钾的无机物在有机废水中的浓度为0.1mmol/L~10mol/L。
4.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述钠或钾的无机物与过氧化氢的摩尔比为0.1:1~20:1。
5.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述催化剂为铜、铁、钴、锰和镍的盐类化合物中的一种或两种以上的组合。
6.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述催化剂为负载型多相催化剂，其中载体材料为活性炭、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、多孔碳、碳化氮、碳纳米管、水滑石、羟基磷灰石、分子筛、氧化铝、二氧化硅和二氧化钛中的一种或两种以上的组合，负载催化组分为铜、铁、钴、锰和镍的金属或金属氧化物中的一种或两种以上的组合。
7.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述催化剂的加入量以其在有机废水中的浓度为0.02g/L~2g/L计。
8.如权利要求1所述通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，其特征在于：所述有机污染物为抗生素、嗪草酮、苯酚、氯代苯酚、苯胺、偶氮染料、对羟基苯甲酸酯、邻苯二甲酸酯、多环芳烃、聚乙烯醇。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过二氧化碳转化的高级氧化体系降解废水中有机污染物的方法，以克服现有技术中需要使用大量的酸和碱，产生大量铁泥固废，过氧化氢无效分解严重，羟基自由基产率低等问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的具体技术方案为：在有机废水中加入钠或钾的无机物，并通入CO2直至废水pH值达到6~9；再加入过氧化氢，于25oC~60oC下搅拌反应5~10分钟，原位生成氧化剂过氧碳酸氢盐；然后加入催化剂，于25oC~60oC下，搅拌反应10~60分钟；在催化剂的催化活化作用下，过氧碳酸氢盐分解生成多种活性氧物种，实现对水中有机污染物的氧化降解。
所述钠或钾的无机物为碳酸钠、氢氧化钠、碳酸钾或氢氧化钾中的一种或两种以上的组合；且钠或钾的无机物在有机废水中的浓度为0.1mmol/L~10mol/L。
所述钠或钾的无机物与过氧化氢的摩尔比为0.1:1~20:1。
所述CO2、钠或钾的无机物和过氧化氢之间相互化学反应原位生成氧化剂过氧碳酸氢盐的反应式如下式所示：
所述催化剂为铜、铁、钴、锰和镍的盐类化合物中的一种或两种以上的组合；或为负载型多相催化剂，其中载体材料为活性炭、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、多孔碳、碳化氮、碳纳米管、水滑石、羟基磷灰石、分子筛、氧化铝、二氧化硅和二氧化钛中的一种或两种以上的组合，负载催化组分为铜、铁、钴、锰和镍的金属或金属氧化物中的一种或两种以上的组合。催化剂的加入量以其在有机废水中的浓度为0.02g/L~2g/L计。
所述有机污染物为抗生素、嗪草酮、苯酚、氯代苯酚、苯胺、偶氮染料、对羟基苯甲酸酯、邻苯二甲酸酯、多环芳烃、聚乙烯醇。
综上所述，基于CO2化学转化构建以原位生成的过氧碳酸氢盐为氧化剂的新型高级氧化体系，通过催化活化过氧碳酸氢盐产生羟基自由基、碳酸根自由基、超氧自由基和单线态氧等多种活性氧物种来完成对有机污染物氧化降解。本发明方法摆脱了传统芬顿反应催化活化过氧化氢的反应路径，因此反应过程中没有酸性体系要求，并且不受限于氧化态金属催化剂缓慢的还原动力学和韦斯-哈伯循环反应的制约；另外该方法操作简单，原料反应条件温和，反应过程不产生固废，避免了过氧化氢无效分解严重，羟基自由基产率低等问题；在降解水中有机污染物的同时，还能实现CO2的转化利用，因此，具有很好的应用潜力。
（发明人：孟旭;杨子寒;赵培庆）
