[發(fā)明專利]一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法

有效

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• 申請日: 2014-05-19
• 公開（公告）號: CN103991943A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設計）人: 劉爽;盧寧;黃鑫;蘇曼;劉佳;王先云;張東
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/78;C02F101/12
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發(fā)明涉及一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法，屬飲用水凈化技術領域。

背景技術

隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，水環(huán)境污染問題也日趨嚴重，與此同時飲用水的安全問題也成為人們關注的焦點。臭氧(O₃)作為一種強氧化劑，能有效氧化水中有機物和無機物，常應用于自來水的凈化。但臭氧氧化過程中很難徹底去除水中的TOC和COD甚至會產生一些對人體危害的消毒產物如溴酸鹽。溴酸鹽(BrO₃^-)具有致癌性和遺傳毒性，主要是由于含溴水源在臭氧氧化過程中產生。美國環(huán)保署、世界衛(wèi)生組織和國際癌癥研究協(xié)會都把溴酸鹽列為可能對人類存在潛在致癌風險的物質(Group2B)。美國環(huán)保署發(fā)布的消毒法規(guī)中規(guī)定溴酸鹽最大允許濃度(MCL)值為10μg/L，同時把遠期目標控制值定為零。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準GB5749-2006》中也規(guī)定溴酸根的含量不超過10μg/L。

催化臭氧化技術是一種新型的在常溫常壓下將難以用臭氧單獨氧化或降解的有機物氧化的方法，利用反應過程中快速分解臭氧產生的大量強氧化性自由基(羥基自由基)來氧化分解水中有機物從而達到水質凈化，同時阻斷溴離子被臭氧氧化為溴酸鹽的途徑，從而抑制溴酸鹽的生成。

當前使用碳材料催化臭氧化控制溴酸鹽生成的研究甚少，活性炭單獨催化臭氧化對溴酸鹽生成的抑制率低于40%。石墨烯作為新型碳材料，具有許多優(yōu)點：簡單的二維結構有利于實驗分析；比表面積大，吸附位點多，將石墨烯復合活性炭使用回收率和重復使用率高。以石墨烯改性活性炭作為催化劑，與臭氧聯(lián)用形成催化臭氧化體系，降解有機物的同時抑制溴酸鹽的生成，具有深遠的研究意義和廣泛的應用前景。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種新的催化臭氧化過程抑制溴酸鹽生成的方法，解決現(xiàn)有技術在抑制溴酸鹽方面存在的不足，同時可達到凈化飲用水的目的。

本發(fā)明提供的催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，是以新型碳材料石墨烯復合活性炭做催化劑，形成催化臭氧化體系，快速大量產生羥基自由基，在快速降解有機物的同時因使臭氧可以被大量的轉化，從而極大地抑制了Br^-經(jīng)臭氧氧化的途徑生成溴酸鹽。

本發(fā)明采用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，石墨烯占復合材料質量百分比為2%—10%，在170℃—180℃范圍內將石墨烯與活性炭混合物加熱反應，制備得石墨烯復合活性炭材料。

在含有溴離子和有機物的混合溶液中，加入臭氧1—3mg/L?(或0.05—0.2L/min)；石墨烯復合活性炭50—100mg/L，使其發(fā)生反應，最終在此催化臭氧化體系中，在降解有機物的同時也有效抑制了溴酸鹽的生成。

本發(fā)明在探索石墨烯復合活性炭催化臭氧化抑制溴酸鹽過程中發(fā)現(xiàn)當pH為4-8.8范圍時，對溴酸鹽生成的抑制效果不隨pH值改變。

本發(fā)明提供的催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，開創(chuàng)性的采用了新型碳材料石墨烯復合活性炭作為催化劑，不僅對抑制溴酸鹽的有顯著效果，而且與單獨臭氧相比，本方法對水中其他有機物也有更好的降解去除效果。這是一種操作簡便，高效快捷的催化臭氧化過程中溴酸鹽生成的方法，可廣泛應用于飲用水消毒處理。

附圖說明

圖1為石墨烯復合活性炭催化臭氧化降解草酸同時抑制溴酸鹽的圖表。

圖2為不同石墨烯復合活性炭投加量對溴酸鹽抑制效果的影響的圖表。

圖3為不同pH條件下催化臭氧化對溴酸鹽抑制效果的圖表。

具體實施方式

a.?制備石墨烯復合活性炭催化劑：采用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，以石墨烯和活性炭為原料，相互配合，其中石墨烯所占的質量百分比為2%—10%，在170—180℃下將石墨烯和活性炭混合物加熱反應，最終制得石墨烯復合活性炭催化劑；

b.?在含有溴離子和有機物的混合溶液中，加入臭氧1—3mg/L(或0.05—0.2L/min)；石墨烯復合活性炭催化劑50—100mg/L，控制pH值在4—8.8范圍內，使其發(fā)生反應，最終在此催化臭氧化體系中，在降解有機物的同時也有效抑制了溴酸鹽的生成。

有關本發(fā)明的各項試驗

試驗例1?