本發明涉及水污染控制,特別是涉及一種利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法。
背景技術:
1、隨著近些年工業的飛速發展,大量的有機物被排放到環境水體中,造成了嚴重的水污染問題,并已經威脅到了人類的身體健康和生活水平。處理水污染的方法很多,其中高級氧化技術可以通過鏈式反應產生具有強氧化性的活性氧物種(ros),已被不斷的研究證實是處理新污染物的有效方法。但基于過氧單硫酸鹽的異質芬頓系統中,ros的半衰期較短(·oh=1us,so4·-=30-40us)限制了其在水溶液中的傳質距離,導致了氧化劑低的利用效率。
2、空間限制的策略在無數領域中的到了廣泛的應用,特別是將反應物限制在納米級反應器中(空腔,孔隙,納米籠,界面等)時,可以大大減小傳質距離,且原子、分子和團簇的物理化學性質在狹小空間內可能會發生變化,導致新的化學反應途徑和提升化學反應速率。納米反應器在空間限制條件下,可能會和客體分子產生相互作用,導致其本征電子分布重排,優化其自身電子結構,進一步促進反應。近些年來,環境領域也逐漸出現了空間限制策略的應用,如(1)在納米尺度的限制環境中,分子、離子等物質會因為限域效應發生形變等性質變化,其可能會導致化學反應的變化,例如在活性位點分別處于催化劑表界面和催化劑內部時,所產生的ros會產生變化,導致反應途徑及產物發生變化;(2)空間效應效應下可有效調控反應當中的電子轉移速率,例如在隨著催化劑的曲率改變,化學鍵的鍵長鍵角等性質可能發生變化,導致催化劑的電子分布與表界面處不同,從而影響催化反應的電子傳輸能力;(3)空間限域效應通常意味著短的傳質距離,空間限制導致反應物富集以及首先通道內的擴散速率的提高,意味著ros可以得到更有效的利用,從而使催化反應速率進一步提升。但目前空間限制策略大都是集中在密閉空間,開放性界面與客體分子也存在類似的相互作用,但關于開放性界面的限制效應的研究較少,并未像納米反應器研究深入。
3、因此,通過合成后修飾的手段合成了zif-8(cu)后對其進行熱解煅燒合成了碳包覆的氧化銅納米球(nc/cuo)做為過氧單硫酸鹽-aots的有效催化劑,有助于我們理解界面限制效應在處理有機廢水中的應用。迄今為止,碳包覆氧化銅中的界面限制效應在水處理中的應用,尚未見文獻和專利報道。
4、綜上所述,亟需研發一種新的技術方案,以解決現有技術中存在的問題。
技術實現思路
1、基于此,本發明提供了一種利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,該方法利用nc/cuo界面處的限制效應富集并催化水溶液中的過硫酸鹽產生高價金屬cu(ⅲ)物種,通過單電子轉移以及氫提取等途徑使水中污染物得到氧化、降解、去除;同時該方法具有工藝簡單、條件溫和、易于控制、對廢水ph值適應范圍廣、處理效果好等優點。
2、本發明的一個目的在于,提供一種利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,包括如下步驟:
3、s1、將zn(no3)·6h2o和2-甲基咪唑共混,反應后,得到前驅體a;
4、s2、將所述前驅體a和cu(no3)2·3h2o共混,攪拌反應,然后在惰性氣體保護下煅燒,得到碳包覆氧化銅nc/cuo;
5、s3、向含有機污染物的廢水中加入過硫酸鹽和所述碳包覆氧化銅nc/cuo,進行廢水處理反應。
6、進一步地,所述碳包覆氧化銅nc/cuo為催化劑(即活化劑),過硫酸鹽為氧化劑。
7、進一步地,所述前驅體a和cu(no3)2·3h2o的質量比為1:0.1-6。
8、進一步地,所述前驅體a為zif-8,所述zif-8為以zn(no3)·6h2o為zn源,以2-甲基咪唑為有機配體制備得到。
9、進一步地,所述過硫酸鹽選自過硫酸氫鉀、過硫酸氫鈉或過硫酸氫銨中的一種或多種。
10、進一步地,所述過硫酸鹽為過硫酸氫鉀。
11、進一步地,所述含有機污染物的廢水的初始ph值為6-7。
12、進一步地,所述過硫酸鹽與有機污染物的摩爾比為10-200:1。
13、進一步地,所述碳包覆氧化銅nc/cuo與有機污染物的質量比為20-200:1。
14、進一步地,步驟s2中,所述攪拌反應的時間為10-15h。
15、進一步地,步驟s2中,所述煅燒的溫度為400-600℃,時間為10-60min。
16、進一步地,步驟s3中,所述廢水處理反應時間為30-60min。
17、本發明具有以下有益效果:
18、1、本發明提供了一種利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,該方法利用nc/cuo界面處的限制效應富集并催化水溶液中的過硫酸鹽產生高價金屬cu(ⅲ)物種,通過單電子轉移以及氫提取等途徑使水中污染物得到氧化、降解、去除。相比于常規的銅氧化物,nc/cuo因表面電子重排導致易富集反應物,發揮出類似于納米限域效果的界面限制效應,樣品表面會和客體分子產生相互作用,優化其自身電子結構,進一步促進反應。nc/cuo作為電子供體其表面可和過硫酸鹽進行絡合產生cu(ⅲ)與單線態氧,過硫酸鹽利用效率高、反應速率快、污染物及cod降解率高。本發明通過界面限制效應,反應路徑得到了調控,產生了cu(ⅲ)物種,反應速率進一步加速且對cod的去除率從9.4%提升到了71.2%,此發明為界面限制效應在水污染控制技術領域中的應用提供了方法和理論支撐。
19、2、本發明的碳包覆氧化銅nc/cuo表面cu活性點位電勢更正,相比現有傳統銅氧化物,催化劑構效性好、活性強、能夠活化過硫酸鹽,通過非自由基途徑產生大量的cu(ⅲ)和1o2,氧化劑利用效率和污染物的去除效率高。
20、3、本發明采用的碳包覆氧化銅nc/cuo活化過硫酸鹽產生活性自由基的方法,在處理ph為3-11的范圍內的噻蟲嗪(thm)廢水表現出很好的效果,說明本發明方法對廢水ph值適應范圍廣,節省了預先調節廢水ph至酸性的費用。
21、4、本發明提供的碳包覆氧化銅nc/cuo活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法工藝簡單、操作簡便、條件溫和,處理效果好,適應于各類有機廢水的處理。
1.一種利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,包括如下步驟:
2.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,所述前驅體a和cu(no3)2·3h2o的質量比為1:0.1-6。
3.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,所述過硫酸鹽選自過硫酸氫鉀、過硫酸氫鈉或過硫酸氫銨中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,所述過硫酸鹽為過硫酸氫鉀。
5.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,所述含有機污染物的廢水的初始ph值為6-7。
6.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,所述過硫酸鹽與有機污染物的摩爾比為10-200:1。
7.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,所述碳包覆氧化銅nc/cuo與有機污染物的質量比為20-200:1。
8.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,步驟s2中,所述攪拌反應的時間為10-15h。
9.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,步驟s2中,所述煅燒的溫度為400-600℃,時間為10-60min。
10.根據權利要求1所述利用碳包覆氧化銅nc/cuo高效活化過硫酸鹽處理有機廢水的方法,其特征在于,步驟s3中,所述廢水處理反應時間為30-60min。