一種鐵電極活化過硫酸鹽去除水中微污染物的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鐵電極活化過硫酸鹽去除水中微污染物的方法，屬于水處理技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著工農業水平的迅速發展及人民生活水平的不斷提高，以藥物與個人護理品(PPCPs)為代表的有毒有害微污染物在全球大量生產和使用。20世紀90年代以來，PPCPs開始在地下水、地表水、土壤、沉積物等中被頻繁檢出，雖然PPCPs的濃度往往很低，但是痕量的PPCPs仍能對生態系統、人體健康等造成不利的影響。而傳統的混凝、沉淀、過濾工藝對這類微污染物的去除效率極低，因此，在飲用水水源不斷受到有機微污染物威脅的情況下，研究新型高效的去除水中微量難降解有機物的工藝從而有效地提高飲用水水質，對我國的可持續性發展具有極其重要的戰略意義。
[0003]過硫酸鹽是一種環境友好型藥劑，能夠被金屬離子或者能量激發產生羥基自由基和硫酸根自由基，硫酸根自由基相較于羥基自由基有著更高的氧化能力和選擇性，所以可以更有效的去除有機物。與電絮凝聯用不需要外加鐵源，反應體系自身產生的Fe2+可以徹底激發自由基，同時，不斷產生的Fe(0H)3絮體可以對有機污染物進行混凝。兩者協同可以更有效的去除有機微污染物。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為去除目前飲用水和地下水中存在的多種有毒有害的微污染物的問題，而提供了一種鐵電極活化和過硫酸鹽聯用去除水中微污染物的方法。本發明的方法可以快速高效地去除水中的藥物與個人護理品、持久性有機污染物、農藥等。
[0005]本發明的技術方案是，提供一種鐵電極活化過硫酸鹽去除水中微污染物的方法，其特征在于，具體步驟如下:向含微污染物的水中投加過硫酸鹽，然后以鐵電極為電極對含微污染物的水通電電解，并攪拌均勻，即完成對所述微污染物的去除；其中過硫酸鹽的投加量與所述微污染物的摩爾比為1:1-50:1。
[0006]進一步地，先將含微污染物的水的pH值調節至2-11，再通電電解。
[0007]進一步地，所述pH值為2.8-3.2。
[0008]進一步地，所述過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈣、過硫酸鎂中的一種或幾種混合。
[0009]進一步地，所述鐵電極為金屬鐵片。
[0010]進一步地，所述電流密度為1.6-8.3mA/cm2。
[0011 ] 進一步地，所述微污染物包括藥物與個人護理品、持久性有機污染物。
[0012]進一步地，所述微污染物為奧卡西平。
[0013]具體通電時間應以實際水體中污染物濃度和總量計。
[0014]為實現上述目的，本發明的具體實施步驟為:向含有微污染物的水中投加過硫酸(氫)鹽，然后接通電源，啟動磁力攪拌器使均勻反應，即完成了微污染物的去除。其中過硫酸(氫)鹽的投加量按與水中微污染物的摩爾比為1:1?50:1投加。所述過硫酸(氫)鹽指過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈣、過硫酸鎂、過硫酸氫鈉、過硫酸氫鉀、過硫酸氫銨、過硫酸氫鈣、過硫酸氫鎂中的一種或幾種按任意比混合的混合物。
[0015]本發明的原理是將過硫酸(氫)鹽投加到電化學體系中，由于電解產生的鐵離子均為Fe2+，因此體系中會源源不斷的產生鐵源對過硫酸(氫)鹽進行激發，產生？6(0!1)3絮體的同時也會產生輕基自由基和硫酸根自由基，兩種自由基均為高效廣譜的高級氧化自由基，從而不同程度的氧化水中各種有機微污染物。因此，在鐵電極活化過硫酸(氫)鹽方法中，兩種自由基共同作用，可以實現快速去除水中的各種微污染物。其具體的反應方程式如下:
[0016]電極反應:
[0017]陽極:4Fe(s)—4Fe 2+{aq)+8e
[0018]4Fe2+(aq)+10H20⑴+02(aq)— 4Fe (OH) 3{s)+8H+(aq)
[0019]陰極:8H+(aq)+8e— 4H2(g)
[0020]激:發自由基:
[0021]Fe2++S2082 — Fe 3++S04.+S042
[0022]Fe2++HS05 — Fe 3++S04.+0H
[0023]S04.+H20 — HS04 +0H.
[0024]與其他以過硫酸(氫)鹽等物質為氧化劑的高級氧化方法相比，本發明的有益效果是，(1)反應速度快，操作簡單，有較為明顯的性價比優勢；(2)亞鐵離子在電極陰極區還原再生，一方面確保反應的快速持續進行，另一方面在保證一定的絮凝效果的同時，避免產生過多的絮凝沉淀。
【附圖說明】
[0025]圖1表示實施例1和其他方式去除奧卡西平的效果對比圖。
[0026]圖2表示實施例1與普通亞鐵離子活化過硫酸鹽的對奧卡西平的去除效果對比圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式并不限于此。
[0028]實施例1:
[0029]本實施例提供一種鐵電極活化過硫酸鹽去除水中微污染物的方法，具體步驟如下:配制好待處理的含微污染物的水溶液作為待處理溶液，體積200mL，電流密度5.0mA/cm2，攪拌轉子的轉速200r/min，初始奧卡西平濃度20 μM，過硫酸鈉濃度0.5mM(其中，Μ即mol/L，μΜ即10 6mol/L，mM即10 3mol/L，下同)，用稀硫酸將溶液初始pH調至3.0，以鐵為電極通電電解lOmin，奧卡西平去除率達92%。
[0030]對比例1:
[0031]按實施例1的方法，以單獨通電和單獨用過硫酸鹽氧化除去微污染物的作為對比，其結果如圖1所示，單獨通電電解(或稱電絮凝)和單獨過硫酸鹽氧化在lOmin內對奧卡西平(OXC)的去除率僅有10%和1%，遠低于鐵電極活化過硫酸鹽對奧卡西平的去除效率。圖中，縱坐標以In (OXC0/OXCt)計，其中0XC。表示奧卡西平初始濃度；0XC t表示t時刻(即橫坐標)奧卡西平濃度。
[0032]對比例2
[0033]由于鐵電極活化過硫酸鹽的本質為亞鐵離子活化過硫酸鹽，因此將本工藝與亞鐵離子活化過硫酸鹽進行對比，亞鐵離子的添加量根據法拉第定律計算，具體的量與通電lOmin產生的鐵離子量相同，結果如圖2所示，因為亞鐵離子是過量的，所以初始幾分鐘去除效率高于鐵電極活化，但4分鐘以后，由于鐵電極活化可以充分利用亞鐵離子和過硫酸鹽，所以lOmin內鐵電極活化過硫酸鹽對奧卡西平的去除率高于亞鐵離子活化。
[0034]實施例2
[0035]配制待處理的溶液體積200mL，電流密度1.6mA/cm2,轉子轉速200r/min，初始奧卡西平濃度20 μ Μ，過硫酸鉀濃度0.5mM，用稀硫酸將溶液初始pH調至5.0。以鐵為電極通電電解lOmin，奧卡西平去除率達75%。
[0036]實施例3
[0037]配制待處理的溶液體積200mL，電流密度8.3mA/cm2,轉子轉速200r/min，初始奧卡西平濃度20 μ Μ，過硫酸氫鈉濃度0.5mM，初始pH為7.0。以鐵為電極通電電解lOmin，奧卡西平去除率達82%。
[0038]實施例4
[0039]配制待處理的溶液體積200mL，電流密度4.0mA/cm2,轉子轉速200r/min，初始奧卡西平濃度20 μ M，過硫酸鈉濃度l.0mM，初始pH為7.0。以鐵為電極通電電解lOmin，奧卡西平去除率達81 %。
[0040]實施例5
[0041]配制待處理的溶液體積200mL，電流密度5.0mA/cm2，轉子轉速200r/min，初始奧卡西平濃度10 μ Μ，過硫酸鈉濃度0.5mM，用稀氫氧化鈉溶液調節初始pH為9.0。以鐵為電極通電電解lOmin，奧卡西平去除率達79%。
[0042]實施例6
[0043]配制待處理的溶液體積200mL，電流密度5.0mA/cm2,轉子轉速200r/min，初始奧卡西平濃度20 μ M，過硫酸鈉濃度0.5mM，用稀氫氧化鈉溶液將初始pH調至11.0。以鐵為電極通電電解lOmin，奧卡西平去除率達76%。
【主權項】
1.一種鐵電極活化過硫酸鹽去除水中微污染物的方法，其特征在于，具體步驟如下:向含微污染物的水中投加過硫酸鹽，然后以鐵電極為電極對含微污染物的水通電電解，并攪拌均勻，即完成對所述微污染物的去除；其中過硫酸鹽的投加量與所述微污染物的摩爾比為 1:1-50:1。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，先將含微污染物的水的pH值調節至2-11，再通電電解。3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述pH值為2.8-3.2。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述過硫酸鹽為過硫酸鈉、過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈣、過硫酸鎂中的一種或幾種混合。5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鐵電極為金屬鐵片。6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述電流密度為1.6-8.3 mA/cm2。7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述微污染物包括藥物與個人護理品、持久性有機污染物。8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述微污染物為奧卡西平。
【專利摘要】本發明提供一種鐵電極活化過硫酸鹽去除水中微污染物的方法，該方法的具體步驟如下：向含微污染物的水中投加過硫酸鹽，然后以鐵電極為電極對含微污染物的水通電電解，并攪拌均勻，即完成對所述微污染物的去除；其中過硫酸鹽的投加量與所述微污染物的摩爾比為1:1-50:1。該方法的反應速度快，操作簡單，有較為明顯的性價比優勢；亞鐵離子在電極陰極區還原再生，一方面確保反應的快速持續進行，另一方面在保證一定的絮凝效果的同時，避免產生過多的絮凝沉淀。
【IPC分類】C02F1/467, C02F1/463
【公開號】CN105347445
【申請號】CN201510915474
【發明人】周石慶, 卜令君, 施周, 鄧林, 衣啟航, 畢晨
【申請人】湖南大學
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年12月10日