一種處理水中3,4-二氯苯胺的方法

2023-12-12 17:28:32

專利名稱：：一種處理水中3,4-二氯苯胺的方法
技術領域：
：本發明屬於廢水處理領域，具體涉及一種降解水體中3，4-二氯苯胺的方法。
背景技術：
：3，4-二氯苯胺是一種常用的化工原料，農藥上用於合成敵稗、敵草隆、利谷隆等除草劑，染料上可以合成分散大紅GA，醫藥上用於合成二氯苯基硫脲等。而地下水和地表水受有機物及其代謝物汙染的主要來自大部分苯基醯胺化合物經土壤中的微生物代謝轉變為滷代苯胺及其衍生物，如3，4-二氯苯胺。3，4-二氯苯胺是由敵草隆、利谷隆、敵稗等除草劑在農田使用後經土壤微生物代謝降解生成的典型產物，比母體毒性大且在環境中檢測到的頻率比母體化合物更高，歐盟已將其列為優先控制有害物質。同時，由於3，4-二氯苯胺在土壤環境中相對較穩定，流入水體環境中對水生生物的生長、發育和繁殖構成危害，破壞水生態系統，已引起人類的廣泛關注。我國《汙水綜合排放標準》GB8978-1996對一切排汙單位排放廢水中苯胺類的允許濃度一級標準為1.0mg/L，二級為2.0mg/L，三級為5.0mg/L。目前降解3,4-二氯苯胺的方法有吸附法、化學氧化法、微生物降解法。吸附法主要是將汙染物從水相轉移到了固相中，並沒有真正將其從環境中去除；化學氧化法由於需要投加大量的化學藥劑運行成本極高，且易造成二次汙染；微生物降解法處理時間較長，且微生物對環境的要求比較苛刻，由於3，4-二氯苯胺本身具有生物毒性，高濃度此類廢水不適合微生物降解。因而，開發一種高效、操作簡單的處理降解水中3,4-二氯苯胺的方法具有十分重要意義。高級氧化技術是一種能降解處理有毒廢水的有效方法，而冷等離子體技術就是具有處理效率高、無選擇性、不產生二次汙染的高級氧化方法，其中介質阻擋放電是最常用的冷等離子產生方式，它可產生臭氧、3高能電子集活性粒子和紫外光。然而，目前等離子體技術存在能量效率利用低下、能耗大等問題，制約了其應用範圍。
發明內容本發明的目的是針對現有水處理方法的不足，提供一種處理效率高、工藝簡單、操作方便的處理去除水中3,4-二氯苯胺的方法，介質阻擋放電等離子體-光催化聯合處理技術。本發明的目的可以通過以下措施達到—種處理水中3,4-二氯苯胺的方法，將高壓電極和低壓電極放入含3,4-二氯苯胺的水體中，形成介質阻擋放電的兩級，其中低壓電極與水體接觸共同形成接地極，與電源相連的高壓電極通過介質玻璃與水體隔開，高壓電極與介質玻璃之間通入空氣形成介質阻擋放電，對水體進行處理；在介質阻擋放電前向水體中加入光催化劑二氧化鈦。高壓電極、介質玻璃與水體之間的隔離方式有多種多樣，本發明優選採用高壓電極通過中空的玻璃管與水體隔開，該玻璃管的上端設有空氣入口，該玻璃管的下端開口，其通過曝氣裝置(如氣體分布器)與水體的底部相通。本發明主要利用介質阻擋放電等離子體處理技術會產生紫外光的特點，引入光催化劑二氧化鈦，從而引導自由基反應，促進光化學反應，因而提高汙染物的處理效率。而光催化劑二氧化鈦在使用前對其進行高溫灼燒活化即可，其使用量影響催化效果並對最終的處理效率產生較大影響，一般需要在水體中加入的二氧化鈦的含量達到560mg/L，以1040mg/L較佳，以20mg/L左右(如1525mg/L)為最佳(可以是直接使用投加的量，也可以是負載在金屬上的量)。二氧化鈦光催化劑可以直接使用，也可以在使用前，先在40060(TC溫度下灼燒l2h，以對粉體二氧化鈦顆粒表面進行活化，在二氧化鈦禁帶引入缺陷，從而達到較佳光催化處理效果。還可以採用經過複合改性新型二氧化鈦光催化劑，以其達到更佳的催化效果。光催化劑使用可以直接將其分布在水體當中與水一起形成混合相體，也可通過複合改性的方式負載於金屬(如鋁、銅)絲網上置於與水體接觸的介質玻璃外層周圍的方式連續使用同時也4達到更好的光催化效果。本發明中的電源可以採用等離子體高壓電源或電壓為030kV高頻脈衝電源。電源電路的輸入激勵電壓為100V。電源的輸出放電電壓峰值為812kV,放電電流峰值20100mA，產生的電流頻率為2.5~30kHz。本發明對電源的放電功率有一定的要求，優選為40120W,以60100W較佳，在60W就可以達到很好的光催化處理效果，從而降低能耗。本發明中的介質阻擋放電的時間可以根據具體情況選用，一般選用36min，優選34min，4min的效果最佳。從處理效果分析，其可3，4-二氯苯胺的濃度為160mg/L，待處理濃度稍高時，其催化劑的質量濃度也相應的要高一點(在本發明要求的範圍內)。本發明採用介質阻擋放電等離子體方法聯合光催化技術對含3，4-二氯苯胺的水體進行處理，將水體中的3,4-二氯苯胺降解。gp:將高壓電極和接地極放入水中形成介質阻擋放電的兩級，兩電極中間為介質玻璃隔開，其中接地極直接與水體接觸共同形成整個接地極,而高壓電極通過介質與水體隔開，介質玻璃外為光催化劑二氧化鈦。從高壓電極上端通入的空氣經過高壓電極與接地極間由介質隔離形成的間隙時進行高壓放電產生臭氧、自由基等活性粒子後以曝氣的形式進入水體與3，4-二氯苯胺發生降解反應，而產生的紫外光直接透過介質玻璃誘導光催化劑作用直接與水體中的3，4-二氯苯胺產生光化學降解反應。然後用過濾的方法將光催化劑與水體分離繼續使用，採用高效液相色譜(美國安捷倫公司)測定水中3,4-二氯苯胺的殘餘量。本發明將介質阻擋放電和光催化技術聯合使用時，因等離子體產生紫外光會與光催化劑產生獨特的"協同效應"，將大大提高降解效率，提高紫外光的光化學反應效率，從而減少能耗達到提高降解水中3，4-二氯苯胺汙染物的目的。將等離子體技術和光催化技術結合開發用來降解水中的3，4-二氯苯胺將是一種非常實用的技術。本發明可以有效的去苯胺廢水中具有生物毒性3，4-二氯苯胺成分。相對其它介質阻擋放電等離子體方法而言，本發明提高了紫外光光降解的效率，因而提高了整個處理系統的降解效率，從而可以減少處理反應時間，可節省能耗。反應器設備及操作也簡單，外加電壓條件可控，反應條件溫和且不受pH值影響。圖1是本發明的一種實施方式示意圖。具體實施例方式如圖l所示，以下實施例中採用等離子體電源為南京蘇曼電子公司生產的CTP-2000K介質阻擋放電電源，接地電極用不鏽鋼針連通水體構成，採用玻璃管作為介質將水體與高壓鋁電極隔開，玻璃介質管外圍為光催化劑直接與水體混合以提高催化效率。空氣從玻璃介質管的上部流入高壓電極與接地極間的玻璃介質間隙，在高壓下形成介質阻擋放電產生高濃度臭氧、活性離子及紫外光，其中臭氧、活性離子通過下部的氣體分布器與水體充分混合參與降解反應，紫外光直接穿透介質玻璃誘導光催化劑產生光化學降解反應。反應器內徑為50mm，高為150mm，反應器頂部設有空氣出口，下部用氣體分布器隔開，隔開的空腔與介質玻璃管下端的開口相通，與電源連接的高壓鋁電極位於介質玻璃管內，在介質玻璃管的上部設有空氣入口，空氣從該入口通入後經過介質阻擋放電再由分氣分布器通入水體底部，最後通過反應器頂部的空氣出口通出；需處理的水放入反應器內氣體分布器之上的空腔內；介質阻擋放電的介質為直徑為15mm的玻璃管；高壓電極為直徑為5mm的鋁電極；氣體分布器由24跟3號注射針頭組成，均為分布為反應器底部；介質阻擋放電的長度為100mm。光催化劑採用二氧化鈦，在500'C馬弗爐中煅燒90min後自然冷卻。在反應器中光催化劑二氧化鈦直接與水體混合。採用高效液相色譜儀(美國安捷倫公司)檢測水中3，4-二氯苯胺殘餘量。實施例1將濃度為30mg/L的3，4-二氯苯胺的水150mL放入上述含有光催化劑二氧化鈦的介質阻擋放電反應器中，混合均勻，二氧化鈦光催化劑的量控制分別為0mg/L、10mg/L、20mg/L、40mg/L。調節空氣流量閥控制曝氣進氣量為1L/min，調節調壓器的輸入激勵電壓和頻率使放電電壓峰值為10kV左6右，放電電流峰值為80mA，其放電功率為80W，降解處理4分鐘。表1給出了不同二氧化鈦光催化劑質量濃度對3,4-二氯苯胺廢水的處理效果。由表1可看出在光催化劑的存在下，3，4-二氯苯胺去除率明顯提高，且隨光催化劑的量的增加先增大後減少。表1不同光催化劑Ti02質量濃度下3,4-二氯苯胺的降解率Ti02質量濃度/不同時間的降解率/(%)tableseeoriginaldocumentpage7實施例2同實施例1，僅將實施例1中的光催化劑二氧化鈦質量濃度控制為20mg/L，放電功率控制分別為60W、80W、100W。表2給出了在二氧化鈦光催化劑質量濃度20mg/L下不同放電功率對3,4-二氯苯胺廢水的處理效果。由表2可看出在光催化劑的存在下，較低的放電功率60\￥即可取得對3,4-二氯苯胺較高的去除率。表2相同光催化劑Ti02質量濃度不同放電功率下3，4-二氯苯胺的降解率tableseeoriginaldocumentpage7權利要求1、一種處理水中3，4-二氯苯胺的方法，其特徵在於將高壓電極和低壓電極放入含3，4-二氯苯胺的水體中，形成介質阻擋放電的兩級，其中低壓電極與水體接觸共同形成接地極，與電源相連的高壓電極通過介質玻璃與水體隔開，高壓電極與介質玻璃之間通入空氣形成介質阻擋放電，對水體進行處理；在介質阻擋放電前向水體中加入光催化劑二氧化鈦。2、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的,壓電極通過中空的玻璃管與水體隔開，該玻璃管的上端設有空氣入口，該玻璃管的下端開口，其通過氣體分布器與水體的底部相通。3、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的水體中催化劑二氧化鈦的質量濃度為1040mg/L。4、根據權利要求1或3所述的方法，其特徵在於所述的二氧化鈦在使用前,先在400600。C下灼燒12h。5、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的電源的輸出放電電壓峰值為812kV，放電電流峰值20100mA。6、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的電源的放電功率為40120W。7、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的介質阻擋放電的時間為36min。8、根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的電源為等離子體高壓電源或高頻脈衝電源。全文摘要本發明公開了一種處理水中3，4-二氯苯胺的方法，將高壓電極和低壓電極放入含3，4-二氯苯胺的水體中，形成介質阻擋放電的兩級，其中低壓電極與水體接觸共同形成接地極，與電源相連的高壓電極通過介質玻璃與水體隔開，高壓電極與介質玻璃之間通入空氣形成介質阻擋放電，對水體進行處理；在介質阻擋放電前向水體中加入光催化劑二氧化鈦，利用等離子體產生紫外光會與光催化劑產生獨特的「協同效應」，從而大大提高降解效率。本發明可以有效的去苯胺廢水中具有生物毒性3，4-二氯苯胺成分，相對其它介質阻擋放電等離子體方法而言，具有降解效率高，處理時間短，能耗少，反應器設備及操作也簡單方便等特點。文檔編號C02F1/32GK101559996SQ20091002712公開日2009年10月21日申請日期2009年5月22日優先權日2009年5月22日發明者琳倫,馮景偉,張繼彪,汪龍眠,王衛平,王曦曦,王正芳,豔羅,羅興章,鄒星星,正鄭,高順枝申請人:南京大學