申请日2018.03.31
公开(公告)日2018.08.21
IPC分类号C02F1/72; C02F101/30; C02F101/38
摘要
本发明涉及一种碳纳米管(CNT)活化过氧乙酸降解污染物的方法，具体如下：在常温常压下向含有污染物的废水中，加入一定量的过氧乙酸(PAA)和碳纳米管，搅拌均匀，在初始pH为中性条件下反应3h，即可氧化降解污染物。本发明通过向含有污染物的废水中投加PAA和碳纳米管，碳纳米管起一定的吸附作用并活化过氧乙酸产生羟基自由基氧化污染物质，从而降解废水中污染物;本发明可快速、高效、持久地去除废水中的污染物，反应条件温和，大大缩短了处理时间，降低了工艺成本，CNT也可重复利用降低成本，在水中污染物降解和去除方面具有广阔的应用前景。
权利要求书
1.一种碳纳米管活化过氧乙酸降解废水中污染物的方法，其特征在于：
向含污染物的废水中加入过氧乙酸和碳纳米管搅拌均匀，初始pH为中性条件进行反应，所述过氧乙酸的投加量为0.02g/L，所述碳纳米管的投加量为0.1g/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纳米管为多壁碳纳米管，长度为10～30μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碳纳米管和过氧乙酸的质量浓度比为5∶1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过氧乙酸和污染物的质量浓度比为1∶1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述初始pH为7，调节pH所用的酸和碱分别为硫酸和氢氧化钠。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述反应的温度为室温。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述污染物为偶氮染料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述偶氮染料为金橙G，反应3h后，偶氮染料去除率≥90%。
说明书
一种碳纳米管活化过氧乙酸降解废水中污染物的方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种碳纳米管(CNT)活化过氧乙酸(PAA)降解污染物的方法，特别是涉及一种利用碳纳米管活化过氧乙酸以去除废水中偶氮染料金橙G的方法。
背景技术
随着工业的高速发展，进入水体的有机物的数量和种类都急剧增加，造成了水资源的严重污染，对于那些含有高毒性且难降解有机物的废水，传统的生物处理已不能满足处理要求，不得不考虑其它的处理方法。高级氧化技术(Advanced oxidation processes，AOPs)是20世纪80年代发展起来的一种用于处理难降解有机污染物的新技术。
它的特点是：(1)能产生大量非常活泼的羟基自由基·OH，其氧化能力(2.80V)仅次于氟(2.87V)，·OH作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应;(2)·OH能无选择地直接与废水中的污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和无害盐，不会产生二次污染;(3)由于高级氧化反应是一种物理-化学处理过程，很容易加以控制;(4)既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如可作为生化处理的预处理或深度处理，降低处理成本。
过氧乙酸的活化方式包括紫外活化、金属离子及金属离子氧化物活化等。相对于紫外活化法所需的外界能量大，利用过渡金属离子做催化剂，降解污染物的效果很好，但是部分金属离子会对环境造成二次污染，同时金属离子(Fe2+)与过氧乙酸反应生成(SO-4·)的效率虽然较快，但反而降低了(SO-4·)的利用率，催化剂使用寿命短，利用率较低，处理成本高，时间长，不利于偶氮染料的持久、高效和快速去除。
碳纳米管(CNT)作为一种新型碳质材料拥有更优异的性能，它是具有一维管状结构的中空管，由单层或多层石墨片层卷曲而成，直径为纳米级，长度约为几十纳米到数毫米。CNT因具有比表面积大、热稳定性高、独特管腔和吸附特性以及特有的电学特性等性质，已作为新型催化材料引起了人们的极大兴趣，取得了广泛的应用。
Cl-对碳纳米管/过一硫酸盐体系降解金橙G的影响(张黎明等，《中国环境科学》，2016，36(12)：3591-3600)提供了一种采用碳纳米管(CNT)活化过一硫酸盐(PMS)的方法，结果表明PMS浓度为1.6mmol/L、反应温度为25℃时、OG初始浓度为0.8mmol/L、Cl-浓度为50mmol/L和pH=7的条件下，25min内OG脱色率可达到100%，反应体系的活化能为88.45kJ/mol。但是该方法需要加入Cl-离子，消毒后副产物较多，水体呈酸性需后续处理，且操作方法较为复杂，成本较高。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种碳纳米管活化过氧乙酸降解废水中污染物的方法。本方法可快速、高效、持久地去除水中的污染物，碳纳米管可重复利用，反应条件温和，可大大缩短处理时间，降低工艺成木。
本发明的技术方案如下：
一种碳纳米管活化过氧乙酸降解废水中污染物的方法，具体如下：
向含污染物的废水中加入过氧乙酸和碳纳米管搅拌均匀，初始pH为中性条件进行反应，所述过氧乙酸的投加量为0.02g/L，所述碳纳米管的投加量为0.1g/L。
优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，长度为10～30μm。
优选的，所述碳纳米管和过氧乙酸的质量浓度比为5∶1。
优选的，所述过氧乙酸和污染物的质量浓度比为1∶1。
优选的，所述初始pH为7，调节pH所用的酸和碱分别为硫酸和氢氧化钠。
优选的，所述反应的温度为室温。
优选的，所述污染物为偶氮染料。
更优选的，所述偶氮染料为金橙G，反应3h后，偶氮染料去除率≥90%。
本发明有益的技术效果在于：
本发明提供了一种利用碳纳米管活化过氧乙酸去除、水中污染物的新型方法，以碳纳米管为活化剂，以过氧乙酸为氧化剂，基于碳纳米管表面官能团活化过氧乙酸产生羧基自由基的原理，碳纳米管活化过氧乙酸产生·OH，具有较高的氧化还原电位，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(·OH在降解和脱色上也卓有成效)，克服了金属离子活化剂反应速率过快，利用率低等弊端，碳纳米管还可以多次重复利用降低成本，最终实现向废水中少量投加即可快速降解去除偶氮染料的效果，明显优于金属离子/PAA体系，操作简单，大大缩短了工艺处理时间。
过氧乙酸是一种于污水处理中常见的氧化剂，价格低廉，碳纳米管可以重复利用，不会对环境造成二次污染，同时碳纳米管为固体颗粒，便于运输，对于大量实际废水的处理更具有实用性和可操作性，工艺成本低。
本发明在室温条件下即可进行，反应条件温和，处理成本低，在水中污染物降解和去除方面具有广阔的应用前景。本发明可快速、高效、持久地去除废水中的污染物，大大缩短了处理时间，在水中污染物降解和去除方面具有广阔的应用前景。
本方法与采用C1/CNT协同活化PMS降解偶氮染料的方法相比，过氧乙酸氧化降解污染物产生的消毒副产物较少，废水pH没有显著降低，同时水中氯离子含量并不会显著升高，后续处理工艺简单，且过氧乙酸价格优于PMS，投加量远小于PMS。