一种高效活化过硫酸盐降解水中有机污染物的方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种高效活化过硫酸盐降解水中有机污染物的方法。

背景技术

随着科技的进步和工农业的迅速发展，大量有毒有害有机污染物在生产和使用的过程中进入环境水体，造成了严重的水体污染。其中，多种有机污染物具有低剂量效应、持久性和生物富集性，并可通过食物链在种群间进行传递，具有明显的致畸、致癌和致突变效应，严重威胁着水生生物甚至人体健康，而传统的水处理技术很难将其完全去除。因此，开展有效降解水体中有毒有害有机污染物的方法/技术对保障饮用水安全和人体健康都有着重要的意义。

目前，基于硫酸根自由基的高级氧化技术，由于具有稳定高效的降解效率，在土壤修复和水污染控制研究领域引起了人们广泛的关注。硫酸根自由基的产生源于对其前体物——过硫酸盐的活化。通常活化方法包括热活化、紫外光(UV)活化、过渡金属离子活化和非均相材料活化。其中，UV是一种绿色高效的活化方式，而真空紫外光(VUV)比UV的波长更短，能量更强，可以更有效地活化过硫酸盐降解水中有机污染物，但目前相关方面的研究报道非常少。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高效活化过硫酸盐降解水中有机污染物的方法，以解决传统的水处理技术很难将其中的多种有机污染物完全去除，残留的有机污染物严重威胁水生生物甚至人体健康的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高效活化过硫酸盐降解水中有机污染物的方法，其特征在于，在空气气氛下，向含有有机污染物的水体中加入过硫酸盐，随后在真空紫外光的辐照下活化过硫酸盐使有机污染物得以有效降解。

前述方法中，所述水体中有机污染物浓度≤100mg/L。

前述方法中，所述过硫酸盐的投加量与水体中有机污染物的浓度比为1∶1～10∶1。

前述方法中，水体的pH值为3～11。

前述方法中，过硫酸盐为过硫酸钾或过硫酸钠。

前述方法中，所述反应是在主发射波长为185nm的低压汞灯或波长为172nm的氙准分子激发灯照射下进行。

前述方法中，所述反应气氛是在反应体系中通入空气。

前述方法中，所述有机污染物为水体中出现的苯酚(酚类物质)、苯甲酸(芳香酸类有机化合物)、甲基橙(染料)以及其它难降解有机污染物或有机微污染物。

前述方法中，所述含有有机污染物的水体为含有有机污的地表水、城镇污水、工业废水、地下水或再生水。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本方法简单易行，在常温常压下即可进行，无需复杂的设备和苛刻的反应条件，适用范围广；在活化过硫酸盐的过程中不需要添加任何辅助试剂，仅通过真空紫外光即可高效活化过硫酸盐，既解决了现有技术中过硫酸盐活化效率低的问题，又避免了后处理设施的设置，避免了二次污染。

2)本发明利用高能量的真空紫外光活化过硫酸盐产生硫酸根自由基，同时，真空紫外光还可以使水发生均裂和光电离，产生具有强氧化性的羟基自由基，能够协同高效降解水体中的有机污染物。

附图说明

图1是高效活化过硫酸盐降解水中有机污染物的反应装置图，其中：1.光源(能发射185nm、172nm或254nm的紫外线)；2.石英套管；3.反应容器；4.布气装置；5.进气口；

图2是紫外光或真空紫外光活化过硫酸盐降解苯酚的示意图：

UV/SP：紫外光活化过硫酸盐对苯酚的降解

VUV/SP：真空紫外光活化过硫酸盐对苯酚的降解；

图3是紫外光或真空紫外光活化过硫酸盐降解苯甲酸的示意图：

UV/SP：紫外光活化过硫酸盐对苯甲酸的降解

VUV/SP：真空紫外光活化过硫酸盐对苯甲酸的降解；

图4是紫外光或真空紫外光活化过硫酸盐使甲基橙脱色的示意图：

UV/SP：甲基橙在紫外光活化过硫酸盐体系中的脱色

VUV/SP：甲基橙在真空紫外光活化过硫酸盐体系中的脱色。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明作进一步地详细描述，

如图1所示，本发明采用的是内置式光化学反应器(也可以采用外置式光化学反应器)，装置包括下列部件：光源1，发射紫外光，可以是发射185nm紫外光的低压汞灯或波长是172nm的氙准分子激发灯或发射254nm紫外光的低压汞灯；石英套管2，可以透过紫外光和真空紫外光，套设于光源1上，用于隔离光源与反应溶液；反应容器3，是紫外光或真空紫外光活化过硫酸盐降解水中有机污染物的场所；布气装置4，将空气均匀分配到反应溶液中，同时还能起到搅拌反应溶液的作用；进气口5，用于向反应体系中加入空气。

下述实施实例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例1：紫外光或真空紫外光活化过硫酸盐对苯酚的降解

如图1所示，将苯酚溶液加入到反应器3中，空气由进气口5经底部布气装置4进入反应器3，搅拌均匀后加入过硫酸钾(PS)。反应体系中苯酚的初始浓度为0.5mM(47.05mg/L)，过硫酸钾的初始浓度为1mM，即过硫酸钾与苯酚的摩尔浓度比为2∶1。随后打开紫外灯(23W，发射254nm波长紫外光和/或185nm真空紫外光)进行反应，利用紫外光活化过硫酸钾产生的硫酸根自由基或者真空紫外光活化过硫酸钾产生的硫酸根自由基以及真空紫外光激发水产生的羟基自由基使苯酚发生氧化降解，结果如图2所示，苯酚的氧化降解由曲线a和曲线b所描述。通过比较可知，在相同的反应条件下，紫外光活化过硫酸钾体系中苯酚在30分钟发生完全降解，而在真空紫外光活化过硫酸钾体系中苯酚的完全降解仅需10分钟。由于硫酸根自由基的氧化还原电位为2.5～3.1V，羟基自由基的氧化还原电位为1.8～2.7V，虽然它们均为反应过程中产生的主要活性物种，但对于苯酚的降解，硫酸根自由基的主导作用大于羟基自由基。因此，与紫外光相比，真空紫外光能高效活化过硫酸盐使苯酚发生快速降解。

实施例2：紫外光或真空紫外光活化过硫酸盐对苯甲酸的降解

如图1所示，将苯甲酸溶液加入到反应器3中，空气由进气口5经底部布气装置4进入反应器3，搅拌均匀后加入过硫酸钾(PS)。反应体系中苯甲酸的初始浓度为0.25mM(30.53mg/L)，过硫酸钾的初始浓度为1mM，即过硫酸钾与苯酚的摩尔浓度比为4∶1。随后打开紫外灯(23W，发射254nm波长紫外光和/或185nm真空紫外光)进行反应，利用紫外光活化过硫酸钾产生的硫酸根自由基或者真空紫外光活化过硫酸钾产生的硫酸根自由基以及真空紫外光激发水产生的羟基自由基使苯酚发生氧化降解，结果如图3所示，苯甲酸的氧化降解由曲线a和曲线b所描述。通过比较可知，在相同的反应条件下，经过10分钟的反应，苯甲酸在真空紫外光活化过硫酸盐体系中的降解率比其在紫外光活化过硫酸盐体系中的降解率提高了33.2％；并且紫外光活化过硫酸钾体系中苯甲酸在40分钟后发生完全降解，而在真空紫外光活化过硫酸钾体系中其完全降解可以缩短10分钟。。由于硫酸根自由基的氧化还原电位为2.5～3.1V，羟基自由基的氧化还原电位为1.8～2.7V，虽然它们均为反应过程中产生的主要活性物种，但对于苯甲酸的降解，硫酸根自由基的主导作用大于羟基自由基。因此，与紫外光相比，真空紫外光能高效活化过硫酸盐使苯甲酸发生快速降解。

实施例3：甲基橙在紫外光和真空紫外光活化过硫酸盐体系中的脱色

如图1所示，将甲基橙溶液加入到反应器3中，空气由进气口5经底部布气装置4进入反应器3，搅拌均匀后，加入过硫酸钾(PS)。反应体系中苯甲酸的初始浓度为0.1mM(32.7mg/L)，过硫酸钾的初始浓度为1mM，即过硫酸钾与苯酚的摩尔浓度比为10∶1。随后打开紫外灯(23W，发射254nm波长紫外光和/或185nm真空紫外光)进行反应，利用紫外光活化过硫酸钾产生的硫酸根自由基或者真空紫外光活化过硫酸钾产生的硫酸根自由基以及真空紫外光激发水产生的羟基自由基使苯酚发生氧化降解，结果如图4所示，甲基橙的脱色由曲线a和曲线b所描述。甲基橙在两种体系中均发生了迅速的脱色，但在真空紫外光活化过硫酸盐体系中，反应5分钟后，其脱色率达到了82.0％，20分钟后完全脱色，而在紫外光活化过硫酸盐体系中，反应5分钟后，甲基橙的脱色率为66.4％，30分钟后尚有1.9％的甲基橙残存。由于硫酸根自由基的氧化还原电位为2.5～3.1V，羟基自由基的氧化还原电位为1.8～2.7V，虽然它们均为反应过程中产生的主要活性物种，但对于甲基橙的降解脱色，硫酸根自由基的主导作用大于羟基自由基。因此，与紫外光相比，真空紫外光能高效活化过硫酸盐使甲基橙发生快速降解而脱色。

以上所述实施实例是对本发明技术方案的说明而非限制，应当指出，所述技术领域对其它水体中有机污染物等同替换或根据现有技术而作的修改、补充和改进，如未超出本发明技术方案的精神和范围，均应包含在本发明所要求的权利和保护范围之内。