一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法
2023-05-01 04:01:56
一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法
【專利摘要】本發明涉及一種催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，屬於飲用水淨化【技術領域】，本發明是以石墨烯複合活性炭做催化劑，形成催化臭氧化體系，快速大量產生羥基自由基，能快速降解有機物，同時抑制溴酸鹽生成。本發明方法具有的特點為使用新型碳材料石墨烯複合活性炭催化臭氧化，對溴酸鹽生成抑制效果顯著，同時和單獨臭氧相比，本方法對水中其他有機物有更好的去除效果，是一種操作簡便，高效環保的催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法，同時也是一種飲用水淨化的方法。
【專利說明】一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法，屬飲用水淨化【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著工業的迅猛發展，水環境汙染問題也日趨嚴重，與此同時飲用水的安全問題也成為人們關注的焦點。臭氧(O3)作為一種強氧化劑，能有效氧化水中有機物和無機物，常應用於自來水的淨化。但臭氧氧化過程中很難徹底去除水中的TOC和COD甚至會產生一些對人體危害的消毒產物如溴酸鹽。溴酸鹽(Br03_)具有致癌性和遺傳毒性，主要是由於含溴水源在臭氧氧化過程中產生。美國環保署、世界衛生組織和國際癌症研究協會都把溴酸鹽列為可能對人類存在潛在致癌風險的物質(Group2B)。美國環保署發布的消毒法規中規定溴酸鹽最大允許濃度(MCL)值為10 μ g/L，同時把遠期目標控制值定為零。我國《生活飲用水衛生標準GB5749-2006》中也規定溴酸根的含量不超過10 μ g/L。
[0003]催化臭氧化技術是一種新型的在常溫常壓下將難以用臭氧單獨氧化或降解的有機物氧化的方法，利用反應過程中快速分解臭氧產生的大量強氧化性自由基(羥基自由基)來氧化分解水中有機物從而達到水質淨化，同時阻斷溴離子被臭氧氧化為溴酸鹽的途徑，從而抑制溴酸鹽的生成。
[0004]當前使用碳材料催化臭氧化控制溴酸鹽生成的研究甚少，活性炭單獨催化臭氧化對溴酸鹽生成的抑制率低於40%。石墨烯作為新型碳材料，具有許多優點:簡單的二維結構有利於實驗分析；比表面積大，吸附位點多，將石墨烯複合活性炭使用回收率和重複使用率高。以石墨烯改性活性炭作為催化劑，與臭氧聯用形成催化臭氧化體系，降解有機物的同時抑制溴酸鹽的生成，具有深遠的研究意義和廣泛的應用前景。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種新的催化臭氧化過程抑制溴酸鹽生成的方法，解決現有技術在抑制溴酸鹽方面存在的不足，同時可達到淨化飲用水的目的。
[0006]本發明提供的催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，是以新型碳材料石墨烯複合活性炭做催化劑，形成催化臭氧化體系，快速大量產生羥基自由基，在快速降解有機物的同時因使臭氧可以被大量的轉化，從而極大地抑制了 Br_經臭氧氧化的途徑生成溴酸鹽。
[0007]本發明採用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，石墨烯佔複合材料質量百分比為2%—10%，在170°C—180°C範圍內將石墨烯與活性炭混合物加熱反應，製備得石墨烯複合活性炭材料。
[0008]在含有溴離子和有機物的混合溶液中，加入臭氧I一3mg/L (或0.05—0.2L/min)；石墨烯複合活性炭50— 100mg/L，使其發生反應，最終在此催化臭氧化體系中，在降解有機物的同時也有效抑制了溴酸鹽的生成。
[0009] 本發明在探索石墨烯複合活性炭催化臭氧化抑制溴酸鹽過程中發現當pH為4-8.8範圍時，對溴酸鹽生成的抑制效果不隨pH值改變。[0010]本發明提供的催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，開創性的採用了新型碳材料石墨烯複合活性炭作為催化劑，不僅對抑制溴酸鹽的有顯著效果，而且與單獨臭氧相t匕，本方法對水中其他有機物也有更好的降解去除效果。這是一種操作簡便，高效快捷的催化臭氧化過程中溴酸鹽生成的方法，可廣泛應用於飲用水消毒處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為石墨烯複合活性炭催化臭氧化降解草酸同時抑制溴酸鹽的圖表。
[0012]圖2為不同石墨烯複合活性炭投加量對溴酸鹽抑制效果的影響的圖表。
[0013]圖3為不同pH條件下催化臭氧化對溴酸鹽抑制效果的圖表。
【具體實施方式】
[0014]a.製備石墨烯複合活性炭催化劑:採用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，以石墨烯和活性炭為原料，相互配合，其中石墨烯所佔的質量百分比為2% —10%,在170— 180°C下將石墨烯和活性炭混合物加熱反應，最終製得石墨烯複合活性炭催化劑；
b.在含有溴離子和有機物的混合溶液中，加入臭氧I一3mg/L (或0.05—0.2L/min)；石墨烯複合活性炭催化劑50— 100mg/L，控制pH值在4一8.8範圍內，使其發生反應，最終在此催化臭氧化體系中，在降解有機物的同時也有效抑制了溴酸鹽的生成。
[0015]有關本發明的 各項試驗 試驗例I
利用石墨烯複合活性炭催化臭氧化抑制溴酸鹽生成同時以草酸降解為例說明石墨烯複合活性炭催化臭氧化降解有機物的實驗按以下步驟進行:使用頂空瓶，臭氧連續通入，流量為0.05L/min，石墨烯改性活性炭投加量為100mg/L，溴離子初始濃度為0.5mg/L，草酸初始濃度為10mg/L,調節pH為4,實驗總時間為30min。實驗結果見圖1。
[0016]試驗例2
不同石墨烯改性活性炭投加量對溴酸鹽抑制效果影響的實驗按以下步驟進行:調節pH為6.98，Br_初始濃度為0.5mg/L，臭氧濃度為3mg/L，石墨烯複合活性炭投加量分別為O、
5、10、25、50、100、200mg/L，實驗總時間為30min。實驗結果見圖2。
[0017]試驗例3
不同PH條件下催化臭氧化對溴酸鹽生成控制效果的實驗按以下步驟進行:調節pH分別為5.3、6.98、8.8，Br_初始濃度為0.5mg/L，臭氧濃度為3mg/L，石墨烯複合活性炭投加量為50mg/L,實驗總時間為30min。實驗結果見圖3。
[0018]各試驗所得附圖的結果分析
1、附圖1結果分析
在附圖1中，催化臭氧化體系g/gac+o3(石墨烯複合活性炭與臭氧混合體系)降解草酸的效果最好，O3(臭氧)組次之，G/GAC (石墨烯複合活性炭)組最差，在降解有機物的同時，對比臭氧組，催化臭氧化組溴酸鹽生成量明顯減少。以上說明以G/GAC (石墨烯複合活性炭)為催化劑形成的催化臭氧化體系在降解有機物的同時能有效抑制溴酸鹽的生成。
[0019]2、附圖2結果分析
從附圖2中可以看出隨著石墨烯複合活性炭投加量的增加，BrO3-生成量不斷減少，從溴酸鹽生成的控制效果看，當石墨烯複合活性炭的投加量為50-100mg/L時，相比於單獨臭氧化即石墨烯複合活性炭投加量為Omg/L時，溴酸鹽生成的抑制率已經達到最佳，因此石墨烯複合活性炭催化臭氧化對溴酸鹽的抑制效果顯著，結合實際情況和經濟效益可以確定最佳投加量。
[0020]3、附圖3結果分析
從附圖3可以看出，pH由5.3升到8.8時，雖然溴酸鹽濃度隨之升高，但催化臭氧化抑制溴酸鹽的效果仍然十分顯著。說明石墨烯催化臭氧化體系控制溴酸鹽生成的效果並不受PH影響，該工藝使用酸鹼 度範圍廣。
【權利要求】
1.一種催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，其特徵在於具有以下過程和步驟: a.製備石墨烯複合活性炭催化劑:採用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，以石墨烯和活性炭為原料，相互配合，其中石墨烯所佔的質量百分比為2% —10%，在170— 180°C下將石墨烯和活性炭混合物加熱反應，最終製得石墨烯複合活性炭催化劑； b.在含有溴離子和有機物的混合溶液中，加入臭氧I一3mg/L(或0.05—0.2L/min)；石墨烯複合活性炭催化劑50— 100mg/L,控制pH值在4一8.8範圍內，使其發生反應，最終在此催化臭氧 化體系中，在降解有機物的同時也有效抑制了溴酸鹽的生成。
【文檔編號】C02F1/72GK103991943SQ201410210644
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月19日 優先權日:2014年5月19日
【發明者】劉爽, 盧寧, 黃鑫, 蘇曼, 劉佳, 王先雲, 張東 申請人:上海大學