[發明專利]一種活化劑復合材料活化過硫酸鹽降解水體中有機污染物的方法

有效

• 申請號: 201410419922.6
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104129841A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 晏井春;陳夢舫;錢林波;高衛國;韓璐
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域

本發明涉及水污染控制技術領域，更具體地說，涉及一種活化劑復合材料活化過硫酸鹽降解水體中有機污染物的方法。

背景技術

工業的高速發展導致水污染問題日益嚴峻，水體中有機物污染嚴重威脅人體健康及生態環境安全。如何快速、有效地實現有機污染水體治理和修復成了環境工作者的重要任務。雖然以雙氧水(H₂O₂)為氧化劑的高級氧化技術能夠實現水體中大多數有機物的快速降解，但在實際應用中，H₂O₂自身不穩定和所產生的羥基自由基(·OH)在水體中壽命短以及對某些有機物，如全氟羧酸等不能有效降解等缺點，因此，需要尋找新型、高效的高級氧化技術實現水體中有機污染物的高效、安全降解。

活化過硫酸鹽(S₂O₈^2-)產生強氧化性的硫酸根自由基(SO₄·^-，E₀＝2.6V)用于水體中有機污染物的降解，是最近發展起來的新領域，是目前最具有應用潛力的高級氧化技術之一。活化過硫酸鹽高級氧化技術降解有機污染水體具有以下的優點：(1)氧化劑穩定性好。過硫酸鹽可在水環境中穩定存在達數周之久，其穩定性遠大于O₃和H₂O₂，有利于降解反應時的傳質過程；(2)溶解性好，且水溶液的比重大于水，可以在水體中加入高濃度的過硫酸鹽，利用濃度梯度進行擴散，充分與目標有機污染物接觸；(3)與O₃和H₂O₂相比不會以氣、熱等形式造成能量浪費；(4)SO₄·^-降解水體中有機污染物時受pH影響小，且中性時降解效果最好，這有利于應用到近中性的天然緩沖體系。(5)SO₄·^-的壽命(半衰期為4s)比·OH(壽命小于1μs)長，反應時增大了自由基與污染物接觸反應的機會，氧化劑利用率高。

應用過硫酸鹽高級氧化技術的關鍵是如何高效活化過硫酸鹽產生SO₄·^-。常規活化過硫酸鹽的方法包括紫外光、熱、微波等物理手段和過渡金屬離子，如Fe²⁺、Ag⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ce²⁺、Co²⁺等化學方法活化。由于常規的活化方法存在一些不足，如紫外光、熱、微波等物理手段活化過硫酸鹽時需要外加能量，所需能耗高；過渡金屬離子如Fe²⁺等可有效活化過硫酸鹽產生SO₄·^-，但為了防止Fe²⁺沉淀，反應需在pH<3條件下進行。此外，液中Fe²⁺易與產生的SO₄·^-反應，降低了過硫酸鹽的利用率。

SO₄·^-+Fe²⁺→Fe³⁺+SO₄^2-

在Fe²⁺活化過硫酸鹽體系中加入檸檬酸(CA)、乙二胺四乙酸(EDTA)、氮三乙酸(NTA)等絡合劑能夠有效拓寬Fe²⁺/S₂O₈^2-體系pH應用范圍及提高體系的氧化效率。但由于絡合劑多為有機物，產生的SO₄·^-也會對其發生降解作用，因此，在使用過程中需要不斷加入絡合劑以維持活化反應的不斷進行，增加了水體處理成本及消耗了氧化劑過硫酸鹽。此外，絡合劑加入會增加溶液中的化學需氧量(COD)，引起二次污染。