[發明專利]一種鐵基三維石墨烯自支撐材料及其活化過硫酸鹽去除水中農藥污染物的方法

有效

• 申請號: 201811194816.7
• 申請日: 2018-10-15
• 公開（公告）號: CN109248654B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 趙傳起;李亞娟;宋曉明;楊悅鎖;夏輝
• 申請（專利權）人: 沈陽大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J27/053;C02F1/28;C02F1/72;B01J20/30;C02F101/30
• 代理公司: 沈陽鼎恒知識產權代理事務所(普通合伙) 21245
• 代理人: 趙月娜

本發明涉及一種鐵基三維石墨烯自支撐材料及其活化過硫酸鹽去除水中農藥污染物的方法，所應用的三維鐵基石墨烯材料，耦合了吸附濃縮?氧化降解等技術方式，不僅僅解決了鐵基吸附材料的穩定、回收等問題，同時，負載的鐵基材料與石墨烯均可活化過硫酸鹽，產生強氧化性的硫酸根自由基與羥基自由基，二者協同氧化降解草甘膦污染物。

技術領域

本發明涉及水污染環境治理方法，特別是一種鐵基三維石墨烯自支撐材料及其活化過硫酸鹽去除水中農藥污染物的方法，尤其適用于去除草甘膦污染物。

背景技術

草甘膦是一種有機磷類合成性除草劑，具有廣譜非選擇性的特點，可廣泛應用于農業和非農業領域，目前已成為世界上產量最大、應用性最廣的農藥品種之一。然而，草甘膦在生產和使用過程中會通過一些途徑進入到環境中，并對生態環境產生不同程度的影響。過量使用草甘膦會產生土壤殘留問題，而殘留在土壤中的草甘膦會對土壤生物造成危害或進一步通過遷移、沉積、淋溶等作用對地表水和地下水造成污染。有研究報道暴露于高濃度草甘膦中的人們會表現出惡心、嘔吐、頭昏、乏力、昏迷和呼吸心跳驟停等癥狀，而長期暴露于這種環境則可能會增加致癌風險和致畸機率。因此，有必要采取有效措施對環境水體中殘留的草甘膦進行凈化處理，以降低其對環境的負面影響。

目前，水體中草甘膦的常規去除方法包括生物法、吸附法、膜分離、化學氧化法等，其中吸附法因具有工藝簡單、容易操作、處理效率高且對水體中的多數污染物都有去除效果等優點，得到了廣泛應用。吸附材料的選取是影響吸附效率的關鍵因素，其實際應用過程中的主要操作方式為動態吸附，較為常用的吸附材料包括沸石、活性炭、生物炭和鐵基吸附材料等，研究表明鐵基吸附材料對草甘膦具有優良的吸附效果。但是常見的鐵基吸附劑如零價鐵(Fe⁰)、四氧化三鐵(Fe₃O₄)等具有不穩定、易團聚等缺點，同時該類材料具有粒徑小、易流失、難回收等特點，從而導致其實際應用受到了一定限制。

而且需要注意的是，吸附只是將污染物質濃縮，并沒有將草甘膦降解、徹底礦化，所以濃縮的草甘膦很有可能再次釋放到環境中，污染水體。過硫酸鹽(S₂O₈^2-，persulfate，PS)是近年來國內外普遍關注的一種高效的可用于土壤和地下水修復的化學產品，PS自身的氧化能力較弱，不足以氧化降解有機物，但它在光(UV)、聲(超聲波)、熱(50-60℃)、過渡金屬離子(Fe²⁺、Ag⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ce²⁺、Co²⁺等)、強氧化劑(H₂O₂、MnO₄^-、O₃)和強堿性環境(pH＞10)等活化條件下，通過斷裂S₂O₈^2-中-O-O-鍵，能產生具有強氧化性的硫酸根自由基·SO₄^－。主要的反應如下所示：S₂O₈^2-(-SO₄-SO₄-)+activator(Fe²⁺、heat、UV等)→·SO₄^－。從氧化能力來看，硫酸根自由基·SO₄^－的氧化還原電位達到2.60V，僅次于羥基自由基·OH(2.80V)，遠高于O₃(2.07V)和H₂O₂(1.78V)；而且與羥基自由基·OH相比，硫酸根自由基·SO₄^－的穩定性更強，作用效果更持久，因此適用于氧化、降解各種有機污染物。

采用何種活化方式活化過硫酸鹽產生強氧化性的硫酸根自由基·SO₄^－，且長期、穩定的實現吸附、氧化、降解有機污染物是本申請著力解決的問題。

發明內容