一種原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽降解有機廢水的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于一種降解有機廢水的處理方法，具體涉及一種原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽降解有機廢水的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，羥基自由基高級氧化技術因具有氧化性強、選擇性低、降解效率高的特點被廣泛應用于難降解有機廢水處理中。由于其具有操作簡便、氧化性強的優點，Fenotn(H202/Fe2+)試劑氧化技術成為應用最為廣泛的高級氧化技術。但是該技術存在適用pH范圍窄、H202(氧化劑)不穩定、易產生污泥等問題。而穩定性高、水溶性好的過硫酸鹽具有與H2O2相似的0-0鍵，可以經活化產生氧化還原電勢(2.5-3.1 V)較高、pH使用范圍較寬的硫酸根自由基，從而高效去除難降解有機污染物。因此，近幾年基于硫酸根自由基的過硫酸鹽高級氧化技術，在廢水領域的應用日益廣泛。
[0003]過硫酸鹽包括過一硫酸鹽和過二硫酸鹽，它可以通過熱活化法、光活化法和過渡金屬離子活化法(Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 45:1756 -1800，2015)產生強氧化性的硫酸根自由基，但是這些方法存在能耗高、操作條件苛亥IJ、系統復雜、二次污染等問題，限制了過硫酸鹽高級氧化技術在廢水處理中的應用。
[0004]如果使用一種非金屬非均相催化劑活化過硫酸鹽，那么以上的缺點就可以得到克月艮。而活性炭由于其具有比表面積大、孔隙結構發達、熱穩定性高、生產成本低等優點，在非均相催化領域里得到廣泛應用。為了拓寬其使用范圍，眾多學者通過表面摻雜雜原子、調控孔結構等手段對碳材料表面進行修飾以提高其物理化學特性和催化活性(RSC Adv.,2014, 4, 63110-63117；Applied Catalysis B: Environmental 106 (2011) 390- 397)。雖然表面摻雜雜原子活性炭具有催化能力強、活性高的優點，但是這種改性方法形成的雜原子官能團不是均勻地嵌入到碳骨架中，而是結合在其表面，因此在使用過程中會出現溶出問題，甚至會使孔結構扭曲、孔道堵塞，進而導致表面積減小，活性降低。如果直接碳化含有雜原子的前驅體有機物，那么以上的缺點就可以得到克服。
為解決以上問題，本發明提出了利用原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽處理難降解有機廢水的新方法。
[0005]目前，尚無發明涉及原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽降解有機廢水的應用。
[0006]
【發明內容】
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為解決現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種有機污染物去除效率高，無二次污染的原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽降解有機廢水的方法。
[0007]為實現上述技術目的，本發明的原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽降解有機廢水的方法，包括如下步驟:
在常溫條件下，向有機廢水溶液中投加過硫酸鹽，使過硫酸鹽與有機污染物物質的量比為1-50:1，用0.111101/1 H2SO4或0.1mol/L NaOH調節有機廢水溶液的pH值為2-12，再向其中投加原位摻硫活性炭，對廢水溶液處理lh-3h，然后進行固液分離;其中原位摻硫活性炭:有機廢水溶液=0.1 -0.3g:1L。
[0008]如上所述的過硫酸鹽為過一硫酸鹽或過二硫酸鹽。
[0009]如上所述的原位摻硫活性炭是采用焙燒碳化含硫前驅體并在此過程中添加化學活化劑活化制得，其制備工藝步驟是:
以乙腈為溶劑溶解一定量的2-噻吩甲醇，緩慢加入溶有一定量的FeCl3的乙腈溶液中，在常溫下快速攪拌15h，依次用蒸餾水和丙酮過濾、洗滌數次聚噻吩沉淀物至濾液為無色，將其在105°C下干燥，得到干燥的聚噻吩。把制得的聚噻吩與KOH按照1: 2的質量比進行混合，將之在氮氣氛圍下600-800°C碳化lh。用10%的HCl洗滌碳化樣品以去除殘留無機物，再用蒸餾水洗滌數次至上清液呈中性后將其在IlOtC的條件下干燥24h，即得原位摻硫活性炭。具體的制備方法見文獻(Microporous and Mesoporous Materials 158 (2012) 318-323) ο
[0010]與現有技術相比，本發明具有如下有益效果:
1.本發明中原位慘硫活性炭除了含有幾基、醒基等含氧官能團，還含有大量的_吩硫和砜基官能團，這些基團作為路易斯堿活性位點能高效持續活化過硫酸鹽產生活性自由基來氧化降解廢水中有機污染物。
[0011]2.本發明方法與其它催化劑相比，不僅提高了催化劑的催化效率和有機污染物的去除效率，還避免了催化劑活性組分溶出帶來的二次污染問題。
[0012]【附圖說明】:
圖1為實施例1對難降解有機物的去除率變化圖；
圖2為實施例2對難降解有機物的去除率變化圖。
[0013]【具體實施方式】:
本發明提出了一種原位摻硫活性炭活化過硫酸鹽降解有機廢水的方法，具體為:在常溫條件下，向廢水溶液中投加過硫酸鹽，使過硫酸鹽與有機污染物物質的量比為I: 1-50:1，用0.1mol/L H2SO4或0.lmol/L NaOH調節有機廢水溶液的pH值為2-12，再向其中投加濃度為0.1-0.3g/L的原位摻硫活性炭作為催化劑，對水樣處理lh-3h，然后進行固液分離。
[0014]典型的制備原位摻硫活性炭的方法為:
將3g 2-噻吩甲醇溶于20ml乙腈溶劑中，將其緩慢加入10ml溶有28.9g FeCl3的乙腈溶液中，在常溫下快速攪拌15h，依次用蒸餾水和丙酮過濾、洗滌數次聚噻吩沉淀物至濾液為無色，將其在105°C下干燥，得到干燥的聚噻吩。取三份干燥的聚噻吩，將其分別與KOH按照1:2的質量比進行混合，用石英管在氮氣氛圍下焙燒混合物，溫度以3°C/min的速率，由室溫分別升至600°(:、700°(:、800°(:，并保持溫度繼續煅燒111，即可獲得不同溫度焙燒的原位摻硫活性炭，分別計為ACS600，ACS700，ACS800。
[0015]下面通過具體的實施例詳細說明本發明。
[0016]本發明實施例以含酚廢水作為典型的難降解有機廢水。含酚廢水具有難生物降解的性質，不僅嚴重地破壞水生生態系統，而且嚴重威脅人類健康。因此實施例中選擇酚類物質作為目標污染物。
[0017]實施例1:
取含有煤化工廢水的待處理水樣200mL，其中難降解有機物為對氯苯酚，濃度為80ppm。向該水溶液中投加過硫酸鉀，使過硫酸鉀與對氯苯酚摩爾比為24:1，再向其中投加原位摻硫活性炭(ACS800)0.Ig/L (其中，ACS的焙燒溫度為800 V)，對水樣處理130min，與單獨過硫酸鹽氧化法相比，去除率由2.82%提高到100%。
[0018]圖1是本實施例對煤化工廢水中對氯苯酚