[發(fā)明專利]一種水力空化協同高濃度活性氧制備羥自由基的方法

無效

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• 申請日: 2014-04-27
• 公開（公告）號: CN103922459A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 白敏冬;田一平;張芝濤;徐書婧;李日紅
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: C02F1/74
• 分類號: C02F1/74
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發(fā)明屬于氣體放電與環(huán)境保護應用技術領域，涉及一種高級氧化技術方法，尤其是一種水力空化協同高濃度活性氧制備羥自由基的方法。

背景技術

水體污染是目前中國面臨的不得不解決的嚴峻的環(huán)境問題之一。每年全國有超過600億m³的污水未經處理直接排入水體，導致我國江河、湖泊遭受污染。全國75％的湖泊已出現不同程度的富營養(yǎng)化，90％的城市水域污染嚴重；對我國118個大中城市的地下水調查顯示，有115個城市地下水受到污染，其中重度污染約占40％。在今后相當長的時期內，水污染將是我國亟待解決的環(huán)境問題。

以羥自由基()為核心的高級氧化技術是近年新興的水污染處理工藝。羥自由基具有極強的氧化能力，在水中會誘發(fā)一系列的自由基鏈反應，氧化分解幾乎所有大分子有機污染物，使絕大部分有機物降解成低毒或無毒的小分子物質，甚至完全礦化，剩余的羥自由基會分解成對環(huán)境無害的H₂O、O₂。

羥自由基的高效規(guī)模化制備是高級氧化技術應用的核心，常規(guī)產生羥自由基的方法主要有：臭氧法、過氧化氫法、芬頓法、光/電催化法、水激勵法、以及電子束輻射法等。

臭氧(O₃)在堿性條件的水中可部分分解生成羥自由基，在紫外光作用下以及金屬催化下也可產成羥自由基。單獨使用臭氧制備羥自由基存在O₃利用率低、濃度低等問題，而且其造價高，因此逐漸發(fā)展了O₃/UV、O₃/H₂O₂、O₃/UV/H₂O₂、O₃/TiO₂/UV等組合技術。由于臭氧在水中的溶解度較低，如何更有效地使臭氧溶解于水，提高臭氧的利用效率已成為該技術研究的熱點；另外由于臭氧產生效率低、耗能大，研制高效低能耗的臭氧發(fā)生裝置也是當前臭氧法制備羥自由基要解決的關鍵問題。

過氧化氫(H₂O₂)高級氧化技術是20世紀70年代發(fā)展起來的新技術。H₂O₂在紫外線、臭氧和金屬離子等的催化作用下均可以產生羥自由基。過氧化物對短波UV輻射(200～280nm)非常敏感，H₂O₂吸收UV光后過氧鍵立即分解產生羥自由基。與臭氧法相比，H₂O₂法制備羥自由基過程不需要發(fā)生設備，反應過程溫和，通常對溫度和壓力無要求，但是往往需要投加大量的H₂O₂，導致生產成本較高，而且在H₂O₂的操作使用、保存運輸過程中存在爆炸和腐蝕危險，因此使用該法制備羥自由基受到限制。

芬頓(Fenton)法是利用Fenton試劑(以Fe²⁺為代表)催化H₂O₂分解產生羥自由基的方法。Fenton法制備羥自由基存在反應時間長，使用Fenton試劑、H₂O₂的量大，成本高，而且過量使用Fe²⁺易產生二次污染等問題。

光催化氧化法是通過氧化劑在光的激發(fā)和催化劑的催化作用下產生羥自由基的方法。一般光催化氧化法使用的催化劑有TiO₂、ZnO、WO₃、CdS、ZnS和SnO₂等。早期的光催化氧化法主要以TiO₂粉末作為催化劑，存在催化劑易流失、難回收、費用高等缺點，使該技術的實際應用受到限制。近年來，一些學者開始研究以TiO₂薄膜或復合催化薄膜取代TiO₂粉末，同時對TiO₂進行過渡金屬摻雜、貴金屬沉積或光敏化等改性處理，以提高TiO₂的光催化活性或擴大可響應的光譜范圍，提高對可見光的吸收，但目前仍沒有徹底解決問題。

電化學催化法利用具有催化活性的電極材料，在電極反應過程中直接或間接產生羥自由基。電化學催化法操作簡便易于控制，但存在析氧析氫副反應、能耗大、設備成本高等缺點。