利用微米氣泡去除印染廢水中特徵汙染物的方法

2023-05-02 06:14:06 3

利用微米氣泡去除印染廢水中特徵汙染物的方法
【專利摘要】本發明屬於水處理【技術領域】，涉及利用零價金屬催化劑強化催化微米氣泡爆破產生羥基自由基去除印染廢水中特徵汙染物的方法。一種利用微米氣泡去除印染廢水中特徵汙染物的方法，其特徵在於，包括如下步驟：（1）選用能產生10um——200um直徑氣泡的微米氣泡發生裝置；（2）將汙染物放入所述微米氣泡發生裝置的水箱中，調節pH範圍為酸性。（3）水箱中加入直徑300-500nm的零價納米金屬催化劑。該工藝在催化條件下能夠產生大量羥基自由基，從而實現對汙染物的降解。
【專利說明】利用微米氣泡去除印染廢水中特徵汙染物的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於水處理【技術領域】，涉及利用零價金屬催化劑強化催化微米氣泡爆破產生羥基自由基去除印染廢水中特徵汙染物的方法。
【背景技術】
[0002]微米氣泡(MO, microbubble)作為一種新型的水處理工藝，已開始被應用於水處理領域去除水中汙染物[1]。微米氣泡一般是指直徑小於50 μ m的氣泡，其與普通大氣泡在外部形態上最大的差別在於微米氣泡具有自我收縮並最終在水下消失的趨勢，而普通氣泡在水中會迅速上升至水面處破裂[2]。在微米氣泡自我收縮的過程中，內部壓力隨直徑的減小而升高[3]，在收縮消失的最終階段將產生局部高溫高壓點，從而促使羥基自由基的產生(?0H) [2]。然而，這種空氣微米氣泡自然破滅的方法生成的羥基自由基量較少，不能滿足環境領域中降解有機汙染物的應用需求。利用催化劑催化微米氣泡的方法可以有效促進空氣微米氣泡爆破產生.0H的量[4』 5]，從而提高該種技術對特定汙染物的降解效果。
[0003]然而現有的微米氣泡催化技術使用的催化劑效能仍然較低，催化產生的羥基自由基量仍然有待提高。納米零價金屬具有區別於一般零價金屬的優點，並在一些環境領域實現了一定程度的應用，然而利用納米金屬催化微米氣泡爆破的方法之前並未有過研究。
[0004][參考文獻]
[1]Agarwal A.，Ng W.J.，Liu Y.Principle and applications of microbubbleand nanobubble technology for water treatment.Chemospherej 2011，84 (9):1175-80.[2]Takahashi M., Chiba K., Li P.Free-radical generation from collapsingmicrobubbles in the ab`sence of a dynamic stimulus.Journal of PhysicalChemistry Bj 2007，111 (6): 1343-1347.[3]Takahashi M.，Kawamura T.，Yamamoto Y.，et al.Effect of shrinkingmicrobubble on gas hydrate formation.Journal of Physical Chemistry B， 2003，107 (10): 2171-2173.[4]Li P.，Takahashi M.，Chiba K.Enhanced free-radical generation byshrinking microbubbles using a copper catalyst.Chemospherej 2009，77 (8):1157-1160.[5]Li P.，Takahashi M.，Chiba K.Degradation of phenol by the collapseof microbubbles.Chemospherej 2009， 75 (10): 1371-1375.
【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種水處理用的新型高級氧化工藝，該工藝在此種催化條件下能夠產生大量羥基自由基，從而實現對汙染物的降解。
[0006]為了達到以上目的，本發明給出的工藝技術方案是:一種利用微米氣泡去除印染廢水中特徵汙染物的方法，其特徵在於，包括如下步驟: (I)選用能產生IOum——200um直徑氣泡的微米氣泡發生裝置；
所述微米氣泡發生裝置是由水箱、氣液混合水泵、微米氣泡噴頭部件組成，其結構設計和工作原理在本領域屬於已有技術，不是本發明技術方案對現有技術的貢獻之處。
[0007](2)將汙染物放入所述微米氣泡發生裝置的水箱中，調節pH範圍為酸性。
[0008](3)待所述微米氣泡發生裝置生成的微米氣泡較穩定後，水箱中加入直徑300-500nm的零價納米金屬催化劑。微米氣泡的尺寸小，上浮速度慢，在水泵的作用下，微米氣泡隨水流流動。在此過程中，遇到周圍壓力驟增，體積將急劇縮小甚至爆破潰滅。微米氣泡爆破時，氣液界面突然消失，周圍環境劇烈變化產生的化學能促使羥基自由基的生成，零價納米金屬可以降低反應的活化能，提高羥基自由基的生成效率。
[0009]進一步說明，步驟(3)所述的零價納米金屬催化劑,為納米金屬或納米雙金屬。有效的催化劑種類有零價納米鐵，零價納米銅，零價鋅，零價納米鐵/銅，零價納米鐵/鋅，零價納米鐵/鈕，零價納米鐵/釕、零價納米銅/鈕，零價納米銅/釕。
[0010]本發明首次公開利用納米零價金屬作為催化劑有效強化微米氣泡爆破產生羥基自由基的數量，大大縮短對汙染物降解反應時間並且降低反應條件，提高反應效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發明使用的納米零價銅催化劑的SEM表徵圖。
[0012]圖2為本發明使用的納米零價銅催化劑的EDX表徵。
[0013]圖3為本發明實施例1、實施例2使用納米零價銅催化微米氣泡爆破的羥基自由基生成量。
具體實施方案
[0014]以下結合附圖和實施例對本發明技術方案作進一步說明。實施例1和2中，加入的零價納米金屬催化劑為市售產品，由圖2可知該納米材料的主要成分為Cu，含有少量的銅氧化物，實驗發現氧化物總量少量的改變對實驗效果影響不大，由此可見主要產生反應效果的為納米Cu° ;如圖1所示的SEM表徵圖，使用的納米Cu°平均直徑約在300nm。
[0015]實施例1
(O首先準備利用氣液混合水泵產生微米氣泡的裝置。
[0016](2)在水箱中加入10mg/L甲基橙溶液5L，調節pH為3。
[0017](3)待裝置生成的微米氣泡較穩定後，加入零價納米銅200mg，加入納米銅濃度為40mg/L。向微米氣泡溶液中加入自由基撲捉劑，取樣測定ESR，結果如圖3。由圖3可知，4個峰的圖譜與羥基自由基圖譜基本一致，從而證明了羥基自由基的產生。
[0018](4)反應時間為lh，用紫外-可見分光光度計測量汙染物濃度。測得甲基橙在該零價金屬催化微米氣泡爆破的反應裝置中，IOmin時降解率達到80%，而未投加催化劑單獨使用微米氣泡爆破的反應過程中60min的降解率僅為5%。
[0019]實施例2
(O首先準備利用水泵加壓溶氣產生微米氣泡的裝置。
[0020](2)在水箱中加入總有機碳(TOC)為240mg/L的聚乙烯醇(PVA)溶液5L，調節pH為 2.2。
[0021](3)選擇合適的納米Cu°催化劑。
[0022](4)待裝置生成的微米氣泡較穩定後，加入零價納米銅，實現催化反應。
[0023](5)反應時間為2h，用TOC儀測定PVA濃度。測得PVA在該零價金屬催化微米氣泡的反應裝置中，2h時TOC降解率達到25%，遠高於臭氧大氣泡的降解效果。
[0024]實施例3
(O首先按照圖1所示製作微米氣泡發生裝置。
[0025](2) 10mg/L甲基橙溶液5L，調節pH為3。
[0026](3)選擇合適的納米Fetl催化劑。
[0027](4)待裝置生成的微米氣泡較穩定後，加入零價納米鐵500mg，保障納米鐵濃度為100mg/L,實現催化反應。
[0028](5)反應時間為lh，用紫外-可見分光光度計測量汙染物濃度。測得甲基橙在該零價金屬催化微米氣泡的反應裝置中，IOmin時降解率達到80%。
【權利要求】
1.一種利用微米氣泡去除印染廢水中特徵汙染物的方法，其特徵在於，包括如下步驟: (1)選用能產生1Oum——200um直徑氣泡的微米氣泡發生裝置； (2)將汙染物放入所述微米氣泡發生裝置的水箱中，調節pH範圍為酸性； (3)待所述微米氣泡發生裝置生成的微米氣泡較穩定後，水箱中加入直徑300-500nm的零價納米金屬催化劑。
【文檔編號】C02F1/72GK103496780SQ201310426769
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】李攀, 王帥, 邵晨 申請人:同濟大學