[發明專利]低pH值下促進臭氧生成羥基自由基的方法及其制備的藥劑

有效

• 申請號: 201210150862.3
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102701424A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張永麗;張靜;張婉卿;林潔;徐建偉
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C02F1/78
• 分類號: C02F1/78
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及水凈化處理技術，更具體地說，是涉及一種促進臭氧分解產生更多羥基自由基的方法，以及通過該方法制取用于水凈化處理的藥劑。

背景技術

隨著我國國民經濟的快速發展，高濃度有機廢水對我國寶貴的水資源造成了嚴重的污染，威脅了人們的生存環境。高濃度有機廢水利用現有生物處理方法處理十分困難，而采用高級氧化法可將其直接礦化或通過氧化提高污染物的可生化性。高級氧化技術常用工藝為氧化劑（O₃，H₂O₂），能量輻照（UV，超聲）和催化劑的互相組合作用產生足量的強氧化性活性物質羥基自由基（·OH）。羥基自由基（·OH）是已知水處理藥劑中氧化能力最強的一種，其氧化還原電位高達2.80V，它與有機物反應的速率常數一般在10⁶～10⁹M^-1S^-1，幾乎可以與所有的有機物（烯烴，脂類，芳環化合物）和無機物發生反應。臭氧在中性和堿性條件下可以快速分解產生羥基自由基（·OH），但是在酸性條件下則分解緩慢，因此在反應過程中需要不斷的監控和調整水體的pH值，使水體保持在中性和堿性條件，因而導致水處理工藝控制較為困難和復雜。

目前，臭氧與許多胺類的反應速率都已知，臭氧與非質子化的胺類的反應在快速反應階段就能完成，尤其當胺中的氫原子被烷基取代后，反應速率會顯著增加。例如二甲胺，三甲胺在堿性條件下與臭氧在1分鐘內（臭氧分解的快速反應階段）就迅速完成反應，使臭氧完全分解生成羥基自由基。但二甲胺、三甲胺在酸性條件（pH=3）下與臭氧的反應速度則十分緩慢，25分鐘的臭氧分解率也僅為50%，即僅有50%的臭氧分解并生成了羥基自由基。因此，探索促進臭氧在低pH值下分解生成羥基自由基的方法，是臭氧廣泛應用于水處理領域的關鍵。據發明人所知，直到目前為止，還沒有見諸關于臭氧與質子化胺類反應相關的水處理藥劑的研究報道。

發明內容

針對現有促進臭氧生成羥基自由基技術的現狀及不足，本分明的第一個目的是提供一種低pH值下促進臭氧生成羥基自由基的方法，以解決現有臭氧生成羥基自由基工藝過程控制困難和復雜，臭氧分解率低、速度慢的問題。

本發明的第二個目的是提供一種用于水凈化處理的藥劑。

針對本發明的第一個目的，本發明提供的低pH值下促進臭氧生成羥基自由基的方法，是于10~40℃的溫度條件下，在水中投加羥胺和臭氧以促進臭氧分解生成羥基自由基，水的pH值不低于3。羥胺與臭氧最好按摩爾比1:2.5~1:4投加。

針對本發明的第二個目的，本發明提供的用于水凈化處理的藥劑，藥劑溶液配制初時的藥劑溶液中的羥胺與臭氧的摩爾比為1:2.5~1:4，藥劑溶液中的羥胺濃度為50~150μmol/L。

發明人在研究中發現，在pH值為3~7酸性水體中加入羥胺，不論羥胺加入量的多少，臭氧分解生成羥基自由基（·OH）的分解率都比相同條件下單純臭氧分解生成羥基自由基（·OH）的分解率提高至少50%以上，羥胺對臭氧分解生成羥基自由基（·OH）有非常明顯的催化作用，且隨著羥胺投入量的增大，臭氧分解率有明顯增加。考慮制取水處理藥劑的工藝成本，羥胺的投入量宜控制在羥胺與臭氧的摩爾比為1:2.5~1:4。在pH值為3~7，溫度為10~40℃的條件下，羥胺-臭氧體系中的臭氧能夠在25分鐘反應時間結束前完全分解生成羥基自由基（·OH），分解率提高50%。

采用本發明的上述方法制取用于水凈化處理的藥劑，不需要對水體的pH進行調節使水體保持在中性和堿性，在低pH值條件下就可促進臭氧的分解，產生足量的羥基自由基從而得到更好的氧化效果。

本發明揭示的低pH值下促進臭氧生成羥基自由基的方法及其制備的由于水處理凈化的藥劑，與現有技術促進臭氧生成羥基自由基的方法相比，具有以下十分突出的技術效果和優點：

1、擴大臭氧氧化有機污染物適用pH范圍。根據發明人的實驗結果，在酸性條件下（pH值為3,4,5）加入羥胺能夠有效提高臭氧分解率，因此通過加入羥胺，可以將原本僅適用于堿性條件下的單獨臭氧氧化可應用于酸性廢水的處理，擴大了氧化方法的適用pH范圍。

2、提高臭氧利用率，降低臭氧氧化工藝成本。通過加入羥胺，可以將更多的臭氧催化分解為氧化性更強的羥基自由基（·OH），從而降解更多更穩定的有機污染物，在提高了氧化效果的同時，使得更多的臭氧分解并起到氧化降解有害物質的作用，從而提高臭氧的利用率，同時也降低了臭氧氧化工藝的成本。