一种利用铁离子催化羟胺与过氧化氢反应去除水中有机污染物的方法与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种利用铁离子催化羟胺与过氧化氢反应去除水中有机污染物的方法。

背景技术：

近些年来，伴随着经济和社会的高速发展，我国的水环境污染较严重，其中地表河流湖泊、地下水体和土壤受到的持久性难降解有机物污染尤为严重。目前，地表水体、地下水体和土壤有机污染的常见修复方法有物理吸附法、化学还原法、生物降解法、化学沉淀法及高级氧化法等。其中，高级氧化方法由于能生成很高氧化还原电位的活性自由基，能快速氧化降解污染水体中的有机污染物，进而提高有机污染物的可生物降解性或将其彻底矿化，具有污染修复效果好、修复速度快等的优点从而在工程实践中受到广泛运用。

过氧化氢是一种价格低廉、使用安全、易于操控与运输且不会造成二次污染的绿色水处理氧化剂，本身氧化性强且能活化产生高氧化能力的自由基等优点。过氧化氢通常可通过过渡金属离子活化、多相催化剂活化、紫外辐射、微波辐射或超声空化等方式生成具有高氧化活性的羟基自由基来降解水和土壤中各类持久性难降解有机污染物。上述这些基于活化过氧化氢生成羟基自由基降解有机污染物的方法，具有自由基生成速率快、有机污染物降解速度快等优点。然而，这些过氧化氢的活化方式在实际工程应用中均存在一些有待解决的各类问题，比如采用加热、紫外、微波及超声等活化方式固然可以快速地生成羟基自由基，但也存在一次性投入成本高、运行费用高等问题；采用多相催化剂活化过氧化氢处理水中有机污染物时，也存在羟基自由基生成速度慢、有机物降解效率低等问题。近来，有人发现羟胺同样可以活化过氧化氢产生羟基自由基，然而羟胺/过氧化氢反应体系也存在羟基自由基生成速度慢的缺点。因此，当采用羟胺/过氧化氢反应体系来修复地表水体、地下水体和土壤有机污染时，存在有机污染物降解速率慢及去除效率低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种利用铁离子催化羟胺与过氧化氢反应去除水中有机污染物的方法。

本发明的技术方案如下：

一种利用铁离子催化羟胺与过氧化氢反应去除水中有机污染物的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)用pH调节剂将待处理水体中的pH调为2～6；

(2)将羟胺、过氧化氢以及亚铁离子和/或铁离子加入步骤(1)处理后的水体中，在水温为0～35℃下搅拌反应10～60min，其中待处理水体中的有机污染物、羟胺、过氧化氢和亚铁或铁离子的摩尔浓度比为0.001～0.2∶0.2～2∶1∶0.0001～0.1。

在本发明的一个优选实施方案中，所述待处理水体中的有机污染物、羟胺、过氧化氢和亚铁或铁离子的摩尔浓度比为0.1∶1∶1∶0.05。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)为：用pH调节剂将待处理水体中的pH调为3。

进一步优选的，所述步骤(1)为：将羟胺、过氧化氢以及亚铁离子和/或铁离子加入步骤(1)处理后的水体中，在水温为20℃下搅拌反应10min。

进一步优选的，所述pH调节剂包括高氯酸和氢氧化钠。

进一步优选的，所述羟胺为盐酸羟胺、高氯酸羟胺、硫酸羟胺和羟胺溶液中的至少一种。

进一步优选的，所述亚铁离子的供体为高氯酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁和硫酸亚铁中的至少一种。

进一步优选的，所述铁离子的供体为高氯酸铁、氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的至少一种。

本发明的有益效果：

1、本发明不需要额外进行曝气、加热、紫外辐照、微波辐照、超声空化及外加电磁场，仅需投加少量的亚铁和/或铁离子就极大地促进羟胺/过氧化氢体系生成自由基来降解水中有机污染物。

2、本发明具有自由基生成速度快、有机污染物去除效率高、羟胺和过二硫酸盐利用率高、铁泥产量少甚至不产生、不必增加其他处理设备、一次性投入成本低、运行费用低、操作简单易行、适用范围广等优点。

3、本发明与不加入亚铁及铁离子的羟胺/过氧化氢体系相比，具有自由基生成速度更快、有机污染物去除率可提高5～40倍等优点。

附图说明

图1为本发明实施例1中羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果和加入亚铁离子后对4-氯酚的去除效果的曲线图。其中，●为羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果曲线；■为加入亚铁离子后对4-氯酚的去除效果曲线。

图2为本发明实施例2中羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果和加入铁离子后对4-氯酚的去除效果的曲线图。其中，●为羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果曲线；■为加入铁离子后对4-氯酚的去除效果曲线。

具体实施方式

以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

实施例1

本实施例包括以下操作步骤：

用高氯酸和氢氧化钠溶液将有机污染物为4-氯酚的待处理水体初始pH值调为3，然后向待处理水体中按顺序先后加入盐酸羟胺、过氧化氢以及硝酸亚铁，在水温为20℃下均匀搅拌反应10min，即完成。其中，待处理水体中4-氯酚、盐酸羟胺、过氧化氢和硝酸亚铁的摩尔浓度比为0.1∶1∶1∶0.05。

本实施例中羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果和加入亚铁离子后对4-氯酚的去除效果的曲线图如图1所示。其中，●为羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果曲线；■为加入亚铁离子后对4-氯酚的去除效果曲线。从图1中可以看出，在羟胺/过氧化氢反应体系中加入硝酸亚铁，显著地促进了体系中活性自由基的生成以及有机污染物的有效去除；随着反应时间的延长，待处理水体中4-氯酚的残余浓度越来越低；在10min反应时间后，待处理水体中4-氯酚的残余浓度只有初始浓度的10％左右，说明亚铁离子强化羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除率较高。

实施例2

本实施例包括以下操作步骤：

用高氯酸和氢氧化钠溶液将有机污染物为4-氯酚的待处理水体初始pH值调为3，然后向待处理水体中按顺序先后加入盐酸羟胺、过氧化氢以及硝酸铁，在水温为20℃下均匀搅拌反应10min，即完成利用铁离子强化羟胺/过氧化氢体系去除水中有机污染物4-氯酚的方法。其中，待处理水体中4-氯酚、盐酸羟胺、过氧化氢和硝酸铁的摩尔浓度比为0.1∶1∶1∶0.05。

本实施例中羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果和加入铁离子后对4-氯酚的去除效果的曲线图如图2所示。其中，●为羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除效果曲线；■为加入铁离子后对4-氯酚的去除效果曲线。从图2中可以看出，在羟胺/过氧化氢反应体系中加入硝酸铁，显著地促进了体系中活性自由基的生成以及有机污染物的有效去除；随着反应时间的延长，待处理水体中4-氯酚的残余浓度越来越低；在10min反应时间后，待处理水体中4-氯酚的残余浓度同样只有初始浓度的10％左右，说明铁离子强化羟胺/过氧化氢体系对4-氯酚的去除率较高。

本领域普通技术人员可知，本发明的技术方案在下述范围内变化时，仍然能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，仍然属于本发明的保护范围：

一种利用铁离子催化羟胺与过氧化氢反应去除水中有机污染物的方法，包括如下步骤：

(1)用pH调节剂将待处理水体中的pH调为2～6；

(2)将羟胺、过氧化氢以及亚铁离子和/或铁离子加入步骤(1)处理后的水体中，在水温为0～35℃下搅拌反应10～60min，其中待处理水体中的有机污染物、羟胺、过氧化氢和亚铁或铁离子的摩尔浓度比为0.001～0.2∶0.2～2∶1∶0.0001～0.1。

所述pH调节剂包括高氯酸和氢氧化钠。所述羟胺为盐酸羟胺、高氯酸羟胺、硫酸羟胺和羟胺溶液中的至少一种。所述亚铁离子的供体为高氯酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁和硫酸亚铁中的至少一种。所述铁离子的供体为高氯酸铁、氯化铁、硝酸铁和硫酸铁中的至少一种。

本发明不需要额外进行曝气、加热、紫外辐照、微波辐照、超声空化及外加电磁场，仅需投加少量的亚铁和/或铁离子就极大地促进羟胺/过氧化氢体系生成自由基来降解水中有机污染物。

本发明具有自由基生成速度快、有机污染物去除效率高、羟胺和过二硫酸盐利用率高、铁泥产量少甚至不产生、不必增加其他处理设备、一次性投入成本低、运行费用低、操作简单易行、适用范围广等优点。

本发明与不加入亚铁及铁离子的羟胺过氧化氢体系相比，具有自由基生成速度更快、有机污染物去除率可提高5～40倍等优点。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。