申请日2015.05.07
公开(公告)日2017.03.15
IPC分类号C02F1/72; C02F1/30
摘要
本发明提出了一种处理有机废水的技术，属于水污染控制技术领域。本发明以Au@SiO2核壳结构纳米粒子与过硫酸盐为添加剂，先与有机废水进行共混催化，然后采用高压脉冲等离子体放电技术，巨大的脉冲电流引起局部高温，在放电过程中产生具有高氧化活性物质，而且连带产生紫外辐射、高能电子轰击等，通过多种活性粒子协同作用从而将废水中难降解的有机物去除。相比于现有的水处理方法，引入的·SO42-自由基不但可以高效的、持续的处理各种有机废水，这种等离子环境下多种自由基协同作用水处理新技术，为各种难降解的有机废水处理提供了广阔的前景。
权利要求书
1.一种等离子环境下多种自由基协同作用水处理方法，其特征在于，所述处理方法包括以下步骤：
1)取有机废水，测定有机废水的初始荧光强度;
2)向有机废水中加入强催化性能的Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子，通过机械搅拌与有机废水充分混合均匀;
3)向有机废水中加入的过硫酸盐，充分混合;
4)将充分混合后的有机废水进行等离子体处理，处理后的水再次进行过滤，得到净化的水;
5)测定净化水的荧光强度，与有机废水的初始荧光强度对比，判断处理效率;
所述Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子的制备步骤如下：
首先，取一个三颈烧瓶中依次加入100mL蒸馏水，40mL乙醇，0.640g的CTAB固体粉末，于70℃水浴中600r/min转速下搅拌反应10分钟，将HAuCl4·3H2O以55g/5mL水的比例注入到溶液中反应5min，然后加入200uL的2M NaOH用来瞬间的生成纳米粒子的核，搅拌反应30min用于成核生长，接着，将1mL的TEOS逐滴加入到溶液中，再次加入400uL的2M NaOH用来引发共聚沉，1.5min后，可观察到紫色的金纳米粒子薄涂层，溶胶-凝胶反应2h，通过8500r/min的转速离心分离滤液10min得沉淀，沉淀用40mL乙醇清洗并在8500r/min转速下离心分离10min三次，加入反应物的顺序，决定得到单分散纳米粒子的尺寸大小，收集滤液与50mL乙醇共混超声分散，溶液于60℃下搅拌20min，室温下冷却，最后，萃取出的Au@SiO2用40mL乙醇与水各洗2次。
2.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述过硫酸盐为：过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或几种混合使用。
3.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子在有机废水中的添加量为0.2-0.5g/L;所述过硫酸盐在有机废水中的添加量为0.5-2g/L。
4.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子的粒径大小为300-350nm，金核粒径大小2nm-20nm。
5.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述步骤4)中等离子体处理的环境参数具体为电压：220V，电流：200A，频率：4000Hz，占空比：60%，处理时间为5分钟。
6.根据权利要求1所述的水处理方法，其特征在于，所述有机废水为染料废水、垃圾渗滤液、焦化废水、印染废水或纺织废水。
说明书
一种等离子环境下多种自由基协同作用水处理方法
技术领域
本发明属于及水污染防治领域，特别涉及一种等离子环境下多种自由基协同作用水处理方法。
背景技术
近年来，浓度高且结构稳定的有机废水不断出现，如何有效地去除这些难降解的有机废水已经成为水处理的热点问题。羟基自由基(·OH)因其有极高的氧化电位(2.80EV)，其氧化能力极强，与大多数有机污染物都可以发生快速的链式反应，无选择性地把有害物质氧化成CO2、H2O或矿物盐，无二次污染。目前国内外有不少研究者进行利用·OH处理有机废水的研究。产生·OH的途径较多，主要有Fenton法、氧化絮凝法、臭氧法、超声降解法和光催化法。近年来应用电化学法产生·OH处理有机废水获得了较大的进展，在降解和脱色上卓有成效。然而，羟基自由基应用到有机废水处理有一定的局限性，如PH范围较窄，使其应用受到限制，因此，需要提出新的方法解决这些问题。我们知道，硫酸根自由基带有极强的标准电极电势，几乎与羟自由基(Eo=2.7V-3.1EV)有着等同的氧化能力，更强于臭氧(Eo=2.07EV)，仅略低于氟(Eo=3.06EV)的标准氧化还原电位，因此硫酸根自由基被认为在理想的条件下可以氧化绝大多数的有机物，使其分解。而且硫酸根自由基在溶液中的适用范围较为广泛，在pH=2.0-7.0的条件下，硫酸根自由基能在水中较稳定的存在;而当pH大于8.0以上的碱性环境下，一部分硫酸根自由基开始与水中羟基自由基反应生成羟自由基，此时溶液内部硫酸根自由基与羟自由基共同存在;当溶液在pH超过10的强碱性条件下，大部分硫酸根自由基被氢氧根离子转化生成羟基自由基，这种共存或转变可以大大增强了体系的氧化能力。有研究表明硫酸根自由基产生后能持续更长的时间存在，这可加长与有机物持续接触并提升降解的效果，可以使氧化进行时间延长，理论上同样情况下照比羟自由基的降解程度会提高，并且硫酸根自由基还会处理部分羟自由基自身无法氧化的有机物，去除能力更广。本发明以强还原能力的活性Au@SiO2核壳结构纳米粒子与过硫酸盐为添加剂，采用等离子技术产生多种活性种，多种自由基协同作用，不但大大提高了有机污水的处理效果，而且新方法适用的pH范围广，有望在污水处理领域被广泛应用。
发明内容
为了有效解决上述问题，本发明提供一种等离子环境下多种自由基协同作用水处理方法。
一种等离子环境下多种自由基协同作用水处理方法，所述处理方法包括以下步骤：
1)取有机废水，测定有机废水的初始荧光强度;
2)向有机废水中加入强催化性能的Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子，通过机械搅拌与有机废水充分混合均匀;
3)向有机废水中加入的过硫酸盐，充分混合;
4)将充分混合后的有机废水进行等离子体处理，处理后的水再次进行过滤，得到净化的水。
5)测定净化水的荧光强度，与有机废水的初始荧光强度对比，判断处理效率;
进一步地，所述Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子的制备步骤如下：
首先，取一个三颈烧瓶中依次加入100mL蒸馏水，40mL乙醇，0.640g的CTAB固体粉末，于70℃水浴中600r/min转速下搅拌反应10分钟，将HAuCl4·3H2O(55g/5mL水)注入到溶液中反应5min，然后加入200uL(2M)的NaOH用来瞬间的生成纳米粒子的核，搅拌反应30min用于成核生长，接着，将1mL的TEOS逐滴加入到溶液中，再次加入400uL的NaOH(2M)用来引发共聚沉，1.5min后，可观察到紫色的金纳米粒子薄涂层，溶胶-凝胶反应2h，通过8500r/min的转速离心分离滤液10min得沉淀，沉淀用40mL乙醇清洗并(8500r/min)转速下离心分离10min三次，加入反应物的顺序，决定得到单分散纳米粒子的尺寸大小，收集滤液与50mL乙醇共混超声分散，溶液于60℃下搅拌20min，室温下冷却，最后，萃取出的Au@SiO2用40mL乙醇与水各洗2次。
进一步地，所述过硫酸盐为：过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠中的一种或几种混合使用。
进一步地，所述Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子在有机废水中的添加量为0.2-0.5g/L;所述过硫酸盐在有机废水中的添加量为0.5-2g/L。
进一步地，所述Au@SiO2核壳结构活性纳米粒子的粒径大小为300-350nm，金核粒径大小2nm-20nm。
进一步地，所述步骤4)中等离子体处理的环境参数具体为电压：220V，电流：200A，频率：4000Hz占空比：60%，处理时间为5分钟。
进一步地，所述有机废水为染料废水、垃圾渗滤液、焦化废水、化学有机废水、印染废水、纺织废水或工业废水。
本发明技术方案设计新颖合理，重复性好。本发明可以处理的有机废水选适用范围非常广。