一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法
2023-12-02 10:56:31
一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，在pH值為3～7條件下，向含卡馬西平的汙水中，同時投加納米零價鐵和雙氧水，並加入檸檬酸作為螯合劑，反應時間5-40分鐘，氧化去除汙水中的卡馬西平；汙水中卡馬西平的質量濃度為1～20毫克每升，納米零價鐵的投入量為每升汙水中加入0.1～1克，雙氧水的投入量為每升汙水中加入100～300毫克，檸檬酸的投入量為每升汙水中加入5～40毫克。與現有技術相比，本發明的方法反應所需條件簡單，反應溫和，處理時間短，對卡馬西平的去除率高，無二次汙染，適合處理含卡馬西平的汙水以及其他製藥廢水，有利於汙水的資源化利用。
【專利說明】一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種含卡馬西平的汙水高效處理方法，尤其是涉及一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，具體為在納米零價鐵芬頓系統中加入螯合劑檸檬酸對汙水中卡馬西平進行高效強氧化處理的方法。
【背景技術】
[0002]藥品和個人衛生護理用品是汙水中普遍存在的痕量有機汙染物，其廢水具有成分複雜、有機物含量高、毒性大，顏色深和可生化性差等特點，生物處理難度大，其對環境造成的影響已經引起國內外的廣泛關注。這些汙染物會在人體內轉變成極性的、溶解性的代謝產物和酸類物質，並隨著尿液和糞便排入城市汙水中。有研究表明，大多數藥物汙染物難於生物降解，而大多數汙水處理廠一般只採用兩級處理工藝，很少採用三級處理工藝或者高級氧化處理技術。因此，如果在汙水廠中藥物汙染物未能進行完全去除，就會導致殘留的藥物汙染物進入地表水、地下水或者海水中，從而對人類產生影響和對水生環境造成破壞。
[0003]在日常生活中，卡馬西平(又稱卡巴咪嗪)被廣泛使用，它經常和其他藥物一起使用來治療癲癇病和三叉神經痛等。因此，卡馬西平的母體以及代謝物在汙水中經常被檢測至IJ。有研究表明，傳統的汙水處理廠不能很好的去除卡馬西平，並且通過調查發現其在汙水處理廠的去除率低於10%。對於難以生物降解的藥物汙染物，為了提高其去除效果，高級氧化技術被廣泛應用，主要包括:紫外、紫外/雙氧水、臭氧、臭氧/雙氧水等。先前的研究者對利用臭氧，紫外及其與雙氧水聯用去除典型藥物汙染物進行了大量研究，但是其價格昂貴。相對於其他的高級氧化技術，芬頓技術價格相對比較便宜，芬頓系統產生的羥基自由基具有強氧化性，對有機物的的降解不具選擇性，能與95%的有機物進行反應。若Fe (II)和雙氧水濃度不同，還會形成其它形式的自由基對有機物進行有效降解，比如:過羥基自由基、超氧陰離子自由基、過氧化氫陰離子以及有機自由基。隨著近年來納米材料的興起，也有將納米材料引入芬頓系統，由於納米材料具有巨大的比表面積和高活性，使反應速率得到提高，越來越受到重視，而其中對納米零價鐵的研究最為熱門。在傳統的芬頓系統中，往往需要將反應的PH控制在3-4左右，否則鐵鹽以氫氧化鐵沉澱析出，從而降低了催化效果。為了使得反應能在中性條件下進行，有人提出以鐵的螯合劑為催化劑，來提高有機物的去除效率。傳統的螯合劑中使用最多的是EDTA，但是EDTA的生物降解性比較差，在汙水處理後會繼續存在汙水中，隨著尾水進入環境，從而在環境中產生積累。最近有研究表明檸檬酸作為一種有效的螯合劑，有很好的生物降解性，在汙水處理系統中會得到很好的去除，不會對環境產生影響。在中性條件下即能與Fe (II)或Fe (III)形成螯合物，從而避免了鐵以沉澱形式析出，在中性條件下產生很高濃度的羥基自由基，從而有效地去除有機汙染物。
[0004]目前，還沒有將檸檬酸引入納米零價鐵芬頓系統中對汙水中的卡馬西平進行去除的報導，有必要開展相關的研究工作。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了克服傳統的芬頓系統在汙水處理應用過程中需要將反應pH控制在3?4這樣的酸性條件的缺陷，從而提供一種反應條件簡單易操作、處理時間短、無二次汙染、對一般汙水無需調節PH的利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法。該方法能使汙染物在弱酸性或者中性條件下也有很好的去除效果，並提高反應速率，工業化應用前景大。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]—種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，向含卡馬西平的汙水中，同時投加納米零價鐵和雙氧水，並加入檸檬酸作為螯合劑，攪拌均勻，反應時間5-40分鐘，氧化去除汙水中的卡馬西平。在芬頓系統中加入檸檬酸螯合劑對卡馬西平的作用機理為:檸檬酸與納米零價鐵形成鐵的螯合物，在中性或者弱酸性條件下將卡馬西平氧化成羥基化的卡馬西平，而羥基化的卡馬西平的生物降解性能大大提高，在後續的生物處理過程中能得到很好的去除。
[0008]進一步地，所述的汙水中卡馬西平的質量濃度為I?20毫克每升，所述的納米零價鐵的投入量為每升汙水中加入0.1?I克，所述的雙氧水的投入量為每升汙水中加入100?300毫克，所述的檸檬酸的投入量為每升汙水中加入5?40毫克。
[0009]進一步地，在投加納米零價鐵和雙氧水之前，調節汙水的pH值為3?7。
[0010]更進一步地，在投加納米零價鐵和雙氧水之前，調節汙水的pH值為6?7。
[0011]再進一步地，在投加納米零價鐵和雙氧水之前，調節汙水的pH值為6。.
[0012]進一步地，所述的納米零價鐵的顆粒粒徑為50?70納米。
[0013]進一步地，同時向汙水中投加納米零價鐵、雙氧水及檸檬酸。
[0014]與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果:
[0015]1、適用範圍廣，反應條件簡單易行。本發明是向含有卡馬西平的汙水中投加納米零價鐵和雙氧水，並加入檸檬酸作為螯合劑，汙水可以不調節PH，常溫常壓下即可達到很好的去除效果。
[0016]2、反應速率快。由於納米零價鐵粒徑具有巨大的比表面積和高活性，因此反應速率很快。在5?40分鐘內就能對含質量濃度為I?20毫克每升的卡馬西平的汙水有很好的去除效果。
[0017]3、處理成本低。本發明所用的氧化劑雙氧水相對於其他氧化劑而言更便宜，並且用量少，操作簡便，具有良好的應用前景。
[0018]4、環境友好。本發明所加入的螯合劑是可以生物降解的，相對於其他難降解的螯合劑而言(如EDTA)，對環境不會造成二次汙染。
[0019]5、適用目標物範圍廣。本發明除了適用於含卡馬西平的汙水處理，還適用於含其他藥物汙染物的汙水處理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為汙水的pH值及反應時間對卡馬西平去除率的影響；
[0021]圖2為汙水中卡馬西平的濃度及反應時間對卡馬西平去除率的影響。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0023]以下實施例中，水樣中卡馬西平的分析測定採用Agilentl200高效液相色譜(HPLC)，分離柱採用C18柱(250毫米X 4.6毫米，填料粒徑5微米，Supelco)。流動相為水(加入20毫摩爾每升的磷酸二氫鉀)和乙腈，流速為I毫升每分鐘，進樣量50微升，柱溫20攝氏度，檢測波長280納米。流動相梯度變化，開始乙腈濃度為4096並保持3分鐘，隨後在5分鐘內乙腈濃度升到10096，保持3分鐘，最後乙腈濃度在5分鐘內再回到40%。
[0024]實施例1
[0025]採用納米零價鐵芬頓系統中加入檸檬酸作為螯合劑對汙水中卡馬西平的強氧化去除方法處理卡馬西平質量濃度為10毫克每升的汙水。
[0026]調節汙水的初始pH值為3，同時向體系中加入雙氧水200毫克每升汙水，加入納米零價鐵0.5克每升汙水，檸檬酸20毫克每升汙水，攪拌均勻，其中，納米零價鐵的顆粒粒徑為50?70納米。在不同反應時間時檢測汙水中卡馬西平的去除率。
[0027]實施例2
[0028]與實施例1不同之處在於，要調節汙水的初始pH值為4。
[0029]實施例3
[0030]與實施例1不同之處在於，要調節汙水的初始pH值為5。
[0031]實施例4
[0032]與實施例1不同之處在於，要調節汙水的初始pH值為6。
[0033]實施例5
[0034]與實施例1不同之處在於，要調節汙水的初始pH值為7。
[0035]在實施例1?5中，每個實施例進行時要在不同反應時間時檢測汙水中卡馬西平的去除率，結果如圖1所示。由圖1可以看出，在反應20分鐘內，五個pH條件下，卡馬西平在pH=6和pH=7的條件的去除率較高，大於94%。加入檸檬酸後，納米零價鐵芬頓系統在弱酸性和中性條件下對汙水中的卡馬西平有很好的去除效果；反而在強酸性條件下，其去除效果較差，有別於傳統的芬頓系統。
[0036]實施例6
[0037]採用納米零價鐵芬頓系統中加入檸檬酸作為螯合劑對汙水中卡馬西平的強氧化去除方法處理卡馬西平質量濃度為I毫克每升的汙水。
[0038]調節汙水的初始pH值為6，同時向體系中加入雙氧水200毫克每升汙水，加入納米零價鐵0.5克每升汙水，檸檬酸20毫克每升汙水，攪拌均勻，其中，納米零價鐵的顆粒粒徑為50?70納米。在不同反應時間時檢測汙水中卡馬西平的去除率。
[0039]實施例7
[0040]與實施例6不同之處在於，待處理的汙水中卡馬西平質量濃度為5毫克每升。
[0041]實施例8
[0042]與實施例6不同之處在於，待處理的汙水中卡馬西平質量濃度為10毫克每升。
[0043]實施例9
[0044]與實施例6不同之處在於，待處理的汙水中卡馬西平質量濃度為15毫克每升。
[0045]實施例10
[0046]與實施例6不同之處在於，待處理的汙水中卡馬西平質量濃度為20毫克每升。
[0047]在實施例6?10中，每個實施例進行時要在不同反應時間時檢測汙水中卡馬西平的去除率，結果如圖2所示。由圖2可以看出，在反應40分鐘內，五個不同初始卡馬西平濃度條件下，其去除率均能達到95%以上。只是初始汙水中卡馬西平濃度高的需要更長的反應時間才能使其去除率達到95%以上，而初始汙水中卡馬西平濃度低的需要較短的反應時間即能使其去除率達到95%以上。
[0048]實施例11
[0049]一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，調節汙水的pH值為3，向卡馬西平的質量濃度為I毫克每升的汙水中，同時投加納米零價鐵和雙氧水，並加入檸檬酸作為螯合劑，納米零價鐵的投入量為每升汙水中加入0.1克，雙氧水的投入量為每升汙水中加入100毫克，檸檬酸的投入量為每升汙水中加入5毫克，攪拌均勻，反應時間5分鐘，氧化去除汙水中的卡馬西平。其中，納米零價鐵的顆粒粒徑為50?70納米。
[0050]實施例12
[0051]一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，調節汙水的pH值為7，向卡馬西平的質量濃度為20毫克每升的汙水中，同時投加納米零價鐵、雙氧水及檸檬酸，納米零價鐵的投入量為每升汙水中加入I克，雙氧水的投入量為每升汙水中加入300毫克，檸檬酸的投入量為每升汙水中加入40毫克，攪拌均勻，反應時間40分鐘，氧化去除汙水中的卡馬西平。其中，納米零價鐵的顆粒粒徑為50?70納米。
【權利要求】
1.一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，向含卡馬西平的汙水中，同時投加納米零價鐵和雙氧水，並加入檸檬酸作為螯合劑，反應時間5-40分鐘，氧化去除汙水中的卡馬西平。
2.根據權利要求1所述的一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，所述的汙水中卡馬西平的質量濃度為I?20毫克每升，所述的納米零價鐵的投入量為每升汙水中加入0.1?I克,所述的雙氧水的投入量為每升汙水中加入100?300毫克，所述的檸檬酸的投入量為每升汙水中加入5?40毫克。
3.根據權利要求1所述的一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，在投加納米零價鐵和雙氧水之前，調節汙水的pH值為3?7。
4.根據權利要求3所述的一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，在投加納米零價鐵和雙氧水之前，調節汙水的pH值為6?7。
5.根據權利要求4所述的一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，在投加納米零價鐵和雙氧水之前，調節汙水的pH值為6。
6.根據權利要求1所述的一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，所述的納米零價鐵的顆粒粒徑為50?70納米。
7.根據權利要求1所述的一種利用芬頓技術強氧化去除汙水中卡馬西平的方法，其特徵在於，同時向汙水中投加納米零價鐵、雙氧水及檸檬酸。
【文檔編號】C02F1/72GK104229972SQ201310487708
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】王林 申請人:同濟大學