[發(fā)明專利]一種基于電生醌類中間體活化過一硫酸鹽用于水凈化的方法

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• 申請日: 2022-01-18
• 公開（公告）號: CN114368808A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設計）人: 劉艷彪;尤世界;劉富強;王致遠;李方
• 申請（專利權）人: 東華大學;哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C02F1/467
• 分類號: C02F1/467;C02F101/30
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 周新楣

本發(fā)明提供了一種基于電生醌類中間體活化過一硫酸鹽用于水凈化的方法，屬于水處理技術領域。本發(fā)明的方法步驟如下：對含有有機污染物和過一硫酸鹽的混合溶液加電壓處理即可。在輔助電場作用下，芳香族有機污染物在陽極可氧化為醌類有機中間體，這使得整個實驗過程無需額外添加活化劑。其次，電極表面或溶液中的醌類中間體可與溶液中PMS反應生成具有氧化能力的單線態(tài)氧。單線態(tài)氧對芳香族富電子基團具有選擇性，因此可進一步對母體有機污染物及中間產(chǎn)物進行氧化，進而可有效緩解聚合物有機中間體在電極表面的吸附和沉積。

技術領域

本發(fā)明涉及水處理技術領域，尤其涉及一種基于電生醌類中間體活化過一硫酸鹽用于水凈化的方法。

背景技術

電化學氧化由于其高效、無需添加額外化學試劑、易于集成等優(yōu)點，已成為一種人們廣受關注且極具發(fā)展前景的水凈化技術。然而，電極污染問題阻礙了電氧化技術的進一步發(fā)展。當氧化有機污染物時，所形成的有機聚合物中間體會沉積在電極表面，導致歐姆電阻和過電位增加，電流效率降低，從而造成能耗增加。這些聚合物中間體通常具有相對較大的分子尺寸、較高的結構穩(wěn)定性和較低的幾何極性，使得它們即使在相對較低的陽極電位下也具有熱力學穩(wěn)定性。

研究顯示，在芳香族化合物(如苯胺和苯酚)的電化學氧化過程中，主要的陽極聚合中間體是含有醌基團(C＝O)和持久性有機自由基的富電子物質。醌類化合物由于具有較高的電子密度和較強的給電子能力，通常展現(xiàn)出良好的氧化還原活性。它們不僅可以作為金屬配體和/或還原劑參與自然界有機質的環(huán)境地球化學反應，也可改善過渡金屬的氧化還原循環(huán)性能。研究表明，醌類物質的存在可以促進Fe(III)/Fe(II)對的循環(huán)，從而顯著提高Fenton反應活性。

一些研究人員已經(jīng)使用醌(如對苯醌(BQ))作為過一硫酸鹽(PMS)的非金屬有機活化劑來凈化水。例如，Zhou等顯示，將BQ(10μM)與PMS(0.44mM)反應3min可使磺胺甲惡唑(8μM)的降解效率達86％(Environ.Sci.Technol.,2015,49(21),12941-12950)。此外，結果也表明，該反應可生成100％的單線態(tài)氧(¹O₂)，其過程包括PMS的親核加成、二氧環(huán)己烷關鍵中間體的置換和分解等。

在水處理過程中，¹O₂介導的非自由基氧化已經(jīng)成為研究的熱點，由于其具有長壽命及寬的pH適用范圍，即使在復雜有機物存在的情況下，¹O₂也可以選擇性氧化各種富電子污染物。但是，由醌類分子介導的PMS活化通常需要醌類分子的外部投加，這導致了水溶液的二次污染，嚴重地阻礙了其在水處理技術領域的工程應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種不會引起二次污染及造成電極污染的水凈化處理方法。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術方案：

本發(fā)明提供了一種基于電生醌類中間體活化過一硫酸鹽用于水凈化的方法，包括以下步驟：

對含有有機污染物和過一硫酸鹽的混合溶液加電壓處理即可；

所述加電壓處理的電壓設置為0.8～1.4V，加電壓處理的時間為2～4h。

進一步的，所述有機污染物的濃度為40～60mg/L。

進一步的，所述過一硫酸鹽的濃度為0.5～1.5mmol/L。

進一步的，所述有機污染物包含苯胺、苯酚、對硝基苯酚、阿特拉津和諾氟沙星中的至少一種。

進一步的，所述過一硫酸鹽為單過硫酸氫鉀PMS。

進一步的，所述混合溶液的pH值為3～11，用于調節(jié)混合溶液pH值的試劑為鹽酸和/或氫氧化鈉溶液，所述鹽酸和/或氫氧化鈉溶液的濃度獨立的為1～2mol/L。