[發明專利]一種光聲協同降解全氟辛烷磺酸鹽的裝置和方法

有效

• 申請號: 201410425097.0
• 申請日: 2014-08-26
• 公開（公告）號: CN104192978B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 程建華;梁小燕;鄭華生;張鵬
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C02F1/72
• 分類號: C02F1/72;C02F1/32;C02F1/36
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 宮愛鵬

技術領域

本發明屬于環境工程水處理技術領域，是關于水體中持久性有機污染物全氟辛烷磺酸鹽(PFOS)等全氟化合物的處理裝置和方法，具體為一種基于UV-US/H₃PW₁₂O₄₀體系協同催化氧化降解水中全氟辛烷磺酸鉀(PFOS)的裝置和方法。

背景技術

全氟化合物(PFCs)被廣泛應用于紡織、造紙、包裝、農藥、地毯、皮革、打磨地板、洗發香波和滅火泡沫等工業和民用領域。環境中存在的PFCs主要有全氟羧酸類、全氟磺酸類、全氟酰胺類及全氟調聚醇等，而全氟辛酸(PFOA)與全氟辛烷磺酸鹽(PFOS)是目前應用最廣泛的全氟有機物，PFOS較PFOA降解難度大。其大量生產和使用已在全球生態系統中造成了非常嚴重的環境累積和持久性污染。

PFOS具有的C-F鍵導致其化學性質十分穩定，至今尚未發現它們在生物體內降解的任何證據和相關報道，也沒有發現其任何自然降解的研究。常規的高級氧化技術(如O₃、O₃/UV、O₃/H₂O₂和H₂O₂/Fe²⁺)均不能使其有效降解。目前雖然不少研究者針對不同全氟類化合物開展了以生物降解、氧化還原、高溫焚燒等手段去除與回收技術方法的研究，但它們均不同程度地存在降解效率低、速率慢、能耗高、操作復雜、回收率低、二次污染等弊端。因此，目前關于PFCs的降解修復研究還處于起步階段，僅有少數的研究正在進行，如亞臨界體系、光催化體系降解效果較好，但條件要求較高，能耗大；光催化氧化體系反應條件相對溫和，但脫氟過程緩慢且效率不高；光氧化體系則由于大量氧化劑的使用會導致二次污染和過高費用的問題，都難用于實際廢水的處理。因此如何實現PFOS的有效脫氟降解是急需解決的問題之一。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于UV-US/H₃PW₁₂O₄₀體系催化促進水中全氟辛烷磺酸鉀降解與脫氟的裝置和方法，該體系可實現PFOS的高效降解，提高脫氟率，縮短反應時間。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種光聲協同促進水中全氟辛烷磺酸鉀降解和脫氟的裝置，該裝置包括超聲波發生器(高頻)及置于超聲波發生器上用于保持反應溫度的水槽，水槽內設有用于盛裝含全氟辛烷磺酸鉀廢水的反應器，所述反應器上方設有紫外燈，該反應器由惰性材質制得。

所述紫外燈橫置于反應器之上，且與反應器中液面的距離為3～5cm。

所述紫外燈的功率為11W，且發射254nm的紫外光。

所述超聲波發生器發射頻率為358kHz，額定功率為100W。

所述反應器是由聚四氟乙烯制得的圓柱形器皿，其上設有取樣管，用于采樣分析；所述水槽上設有冷凝水管。

利用上述裝置降解水中全氟辛烷磺酸鉀的方法，包括如下步驟：

a)將待處理的含全氟辛烷磺酸鉀的廢水加入反應器中，加入雜多酸(H₃PW₁₂O₄₀)作為催化劑，加入H₂O₂作為氧化劑，控制pH值在2～4之間；

b)打開紫外燈和超聲波發生器，設置超聲功率為100W，反應3～5小時，即可出水。

所述全氟辛烷磺酸鉀與雜多酸的質量比為1:50～1:150，雜多酸的濃度為0.5～1.5g/L。

所述雜多酸為磷鎢酸(H₇[P(W₂O₇)₆]·XH₂O)，分析純，購于天津市百世化工有限公司。

所述反應在恒溫30～40℃的條件下進行。

所述全氟辛烷磺酸鉀與氧化劑的質量比為1:5～1:20。

其中，pH為2時效果最佳，可根據水質情況、經濟性等確定實際pH。

對含有PFOS的受污染水體進行預處理，濁度較高的水體需進行過濾，降低水中懸浮物對紫外線的衰減作用。優選地，待處理的受污染水體中PFOS的濃度范圍在5～30mg/L，氧化劑的投加量為50～200mg/L。