[發明專利]一種催化活化溴酸鹽產生超氧陰離子自由基的方法及該方法所產生超氧陰離子自由基的應用

有效

• 申請號: 202110450231.2
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113171739B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 丁耀彬;潘聰;唐和清;雷鳴;呂康樂;王成俊;孫杰
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;C02F1/72;C02F101/12;C02F101/30
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 余曉雪

本發明涉及無機化學及環境化學技術領域，具體公開了一種催化活化溴酸鹽產生超氧陰離子自由基的方法及該方法所產生超氧陰離子自由基的應用，即通過過渡金屬或其化合物作為催化劑催化溴酸鹽產生超氧陰離子自由基；該方法可以通過控制溴酸鹽的濃度、反應pH、催化劑的濃度和種類調控超氧陰離子自由基的產生量；本發明的方法可應用于有機污染物的轉化和消除，也能用于溴酸鹽和有機復合污染廢水的處理，本發明具有原理簡單、操作簡便、pH適用范圍廣等優點。

技術領域

本發明涉及無機化學領域，具體是一種催化活化溴酸鹽產生超氧陰離子自由基的方法及該方法所產生超氧陰離子自由基的應用。

背景技術

溴酸鹽是一種致癌物，其排放濃度在地表水和地下水中都有嚴格的控制標準。同時，作為一種非金屬氧酸鹽，其氧化還原電位為1.52V(BrO₃^-+6H⁺+5e^-→1/2Br₂+3H₂O)，可與銨鹽(R.Hofmann,R.C.Andrews,Water?Research,2006,40,3343-3348)、零價鐵(L.Xie,C.Shang,Chemosphere,2007,66,1652-1659)和亞銅(P.Y.Chen,H.H.Yang,C.C.Huang,Y.H.Chen,Y.Shih,Electrochimica?Acta,2015,161,100-107)等反應，但在這些體系中并未觀察到含氧自由基的產生。Shen等在Fe@Fe₂O₃還原溴酸鹽的過程中發現有超氧自由基等自由基的產生，但這些自由基來源于Fe@Fe₂O₃對溶解氧的活化，而非來源于溴酸鹽的分解(W.Shen,F.Lin,X.Jiang,H.Li,Z.Ai,L.Zhang,Chemical?Engineering?Journal,2017,308,880-888)。Nie等報道了β-FeOOH/Al₂O₃可以將溴酸鹽還原為溴離子，但他們并未報道體系中的羥自由基和超氧自由基來源于溴酸鹽的分解。相反，他們發現這些自由基產生于臭氧的催化分解(Y.Nie,C.Hu,N.Li,L.Yang,J.Qu,Applied?Catalysis?B:Environmental,2014,147,287-292)。Qiao等通過溴酸鹽與亞硫酸鹽的反應，產生亞硫酸根自由基。在有氧條件下，通過亞硫酸根自由基與氧分子的反應可進一步產生其他自由基如硫酸根自由基。但需要注意的是，這些自由基的來源是亞硫酸根和溶解氧，而非溴酸鹽(J.Qiao,L.Feng,H.Dong,Z.Zhao,X.Guan,Environmental?sciencetechnology,2019,53,10320-10328)。因此，如何在無需外加其他氧化劑或溶解氧的情況下，僅以溴酸鹽作為氧化劑通過催化劑來催化產生超氧陰離子自由基是本發明研究的重要內容。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供了一種催化活化溴酸鹽產生超氧陰離子自由基的方法及該方法所產生超氧陰離子自由基的應用，本發明無需外加其他氧化劑或溶解氧，僅以溴酸鹽作為氧化劑通過金屬催化劑催化即可產生超氧陰離子自由基；本發明產生的超氧陰離子自由基可應用于有機污染物的轉化和消除，也能用于溴酸鹽和有機復合污染廢水的處理；本發明具有原理簡單、操作簡便、pH適用范圍廣等優點。

本發明提供的一種催化活化溴酸鹽產生超氧陰離子自由基的方法，所述超氧陰離子自由基是采用過渡金屬或所述過渡金屬的化合物作為催化劑催化溴酸鹽反應產生。

優選地，本發明包括如下步驟：在含有溴酸鹽的溶液中加入催化劑，調節pH值到預定值，攪拌反應即可產生超氧陰離子自由基。

優選地，所述的溴酸鹽為溴酸鈉(NaBrO₃)、溴酸鉀(KBrO₃)、亞溴酸鈉(NaBrO₂)和亞溴酸鉀(KBrO₂)中的任意一種或幾種。