锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法
【专利摘要】本发明涉及一种锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，该方法将其锰掺杂方式由溶胶凝胶法制备掺杂，其锰金属含量为0.5—2%；所述的钛掺杂，是将由溶胶凝胶法已制备好的锰掺杂炭凝胶材料，重新用浸渍法制备，将钛金属掺杂入内，其钛金属含量为0.5-2%。本发明通过曝空气，提高了活性物质的产率，且使锰钛共掺杂的炭凝胶颗粒流化起来，与污染物充分接触。负载在炭凝胶材料表面的过渡金属锰和钛可有效的提高氢氧自由基的产率。炭凝胶材料的多孔结构可富集微囊藻毒素，从而提高了藻毒素的去除效果，降低了运行成本。
【专利说明】锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境纳米技术和水处理领域，尤其涉及一种锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法。
【背景技术】
[0002]随着工业化进程的加快，水体富营养化日益严重。在富营养化的淡水水体中，当有适宜的物理化学条件时，水体中的藻类短时间内大量繁殖并聚集，即出现水华。当水华出现时，藻体死亡能释放大量的藻毒素，严重危害人类和水生生物的安全。淡水中蓝绿藻属分泌产生的蓝藻毒素是目前已经发现的污染范围最广的一类藻毒素，其中微囊藻毒素是毒性最强，急性危害最大的淡水蓝藻毒素。近年来，随着蓝藻水华的频发，我国有很多湖泊和水系都面临着微囊藻毒素泛滥的问题。
[0003]沿面放电等离子体是一种能有效降解有机污染物的放电形式。液体沿面放电等离子体是在液体沿面的气相中放电，产生各种活性物质，包括臭氧、自由基等等，物质的类型取决于气相成分。这些活性物质通过气相表层溶解在水中，与水中的污染物反应。沿面放电过程中产生的自由基具有强氧化性，在污染物降解中起到了至关重要的作用，但是自由基的瞬间湮灭性使其难以与液相中的污染物接触。因此，采用催化技术提高自由基的产率以及促进溶于水相的臭氧、H2O2等物质转化成自由基具有重要的意义。
[0004]炭凝胶是近年来发展的一种新型多孔性炭材料，以介孔为主，具有密度小、比表面积大、孔隙率发达和孔径可调节等优点，在吸附剂、催化剂载体领域很有应用前景。金属掺杂炭凝胶材料的性质使得它作为吸附剂或是催化剂都极具优势。锰钛共掺杂炭凝胶可充分利用脉冲放电时产生的臭氧以及紫外等，从而提高沿面放电等离子体体系中自由基的产率和能量利用率，实现对有机污染物的闻效降解。
【发明内容】
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[0005]本发明针对现有技术的不足，提供了一种锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微
囊藻毒素方法。
[0006]锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置包括电源、反应器和曝气装置，所述的电源为高压脉冲电源，所述的反应器为一个可拆卸顶盖和底盖的绝缘圆柱筒，在反应器顶盖的中心处开有第一中心孔，通过第一中心孔用法兰固定正电极，在反应器底盖的中心处开有第二中心孔，通过第二中心孔用法兰固定负电极，正电极和负电极分别与高压脉冲电源的正负极相连，反应器顶盖上设有出气孔，反应器底盖与负电极之间设有微曝气管，微曝气管通过进气孔与曝气装置相连，使装置内投加的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒流化。所述的曝气装置包括气体流量计和与其相连的空气泵，气体流量计与反应器侧壁底端的进气孔相连，进气孔设置在反应器侧壁底端；
所述的反应器中正电极和负电极的材料为不锈钢材料，且正负电极均是螺纹杆与圆盘固定连接结构，圆盘上有28个均匀分布的直径8 mm的小孔；正电极置于液面上0.5_2cm处，负电极置于反应器底部微孔曝气装置之上。
[0007]锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，该方法包括以下步骤:
(1)、打开曝气装置曝空气，通过空气流量计控制气流量为10L/h-80 L/h ；
(2)、将配置好的微囊藻毒素溶液倒入反应器中，微囊藻毒素的浓度为0.5mg/1-2 mg/
I;
(3)、将平均孔径在0.5-3 nm之间，比表面积不低于500m2/g的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒倒入溶液中，通过曝入的空气气泡充分的流化，其中锰掺杂炭凝胶颗粒的投加量为30 mg/L-1OOmg/1 ；
(4)、通过调整反应器顶盖的螺丝杆，将正电极置于液面之上，控制正电极到液面的距离I cm，将正电极的螺丝杆固定在反应器顶盖的第一中心孔上，同时用法兰固定住反应器顶盖；
(5)、打开电源开关，输入电压为10kV-50 kV，脉冲频率为200 Hz，每隔Imin关掉开关，
打开顶盖取样去测样，测定对藻毒素的去除率。
[0008]所述的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒，其掺杂在炭凝胶上的金属锰的化学形态为MnO ；其掺杂在炭凝胶上的金属钛的化学形态为Ti02。
[0009]所述的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒为研磨后经50-100目的筛子过滤后得到。
[0010]所述的正电极 为不锈钢多孔圆盘电极，置于液面之上，圆盘上有28个直径为8mm的均匀小孔，放电时，形成微通道沿面放电。
[0011]所述的脉冲为陡前沿窄脉冲，脉宽为1-2 U S。
[0012]本发明的有益效果在于:结构简单，操作方便，通过曝空气，提高了活性物质的产率，且使锰钛共掺杂炭凝胶颗粒流化起来，与污染物充分接触。负载在炭凝胶材料表面的过渡金属锰和钛可有效的提高氢氧自由基的产率。针对藻毒素的体积所制备的炭凝胶材料的微孔-介孔结构可富集微囊藻毒素，从而提高了藻毒素的去除效果，降低了运行成本。可用于饮用水源水藻类爆发时藻毒素的去除，也可用于饮用水源水中微污染有机物的去除。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1.锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电等离子体反应装置。
【具体实施方式】
[0014]为了更好的理解本发明，下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步说明。
[0015]如图1所示，锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素装置包括电源1、反应器2和曝气装置，所述的电源I为高压脉冲电源，所述的反应器2为一个有可拆卸顶盖和底盖的绝缘圆柱筒，在反应器2顶盖3的中心处开有第一中心孔，通过第一中心孔用法兰固定正电极5，在反应器2底盖4的中心处开有第二中心孔，通过第二中心孔用法兰固定负电极6，正电极5和负电极6分别与电源I的正负极相连，反应器2顶盖上设有出气孔7，反应器2侧壁底端设有曝气管9，通过反应器2侧壁底端的进气孔8，依次与气体流量计10和空气泵11连接。其中反应器中正电极5和负电极6的材料为不锈钢材料，且正负电极均是螺纹杆与圆盘固定连接结构，圆盘上有28个均匀分布的直径8 mm的小孔。
[0016]实施例11、打开反应器2顶盖3的法兰，揭开顶盖3。打开曝气装置，曝空气，通过空气流量计10控制气流量为10 L/h。[0017]2、将配置好的微囊藻毒素溶液倒入反应器2中，溶液总量为50 ml，微囊藻毒素的浓度为0.5mg/l。[0018]3、将锰掺杂炭凝胶颗粒倒入溶液中，通过曝入的空气气泡充分的流化，锰掺杂炭凝胶颗粒的投加量为30 mg/Lo[0019]4、通过调整反应器2的顶盖3的螺丝杆，控制正电极5到液面的距离I cm，调整好了之后，用螺丝将正电极5的螺丝杆固定在反应器2的顶盖3的第一中心孔上，同时用法兰固定住反应器2的顶盖3。[0020]5、打开电源I开关,输入电压为IOkV,脉冲频率为200 Hz,每隔Imin关掉开关,打开顶盖取样0.5 ml去测样，处理6min后测得对藻毒素的去除量率为90.4%。[0021]实施例2 1、打开反应器2的顶盖3的法兰，揭开顶盖。打开曝气装置，曝空气，通过空气流量计10控制气流量为45L/h。[0022]2、将配置好的微囊藻毒素溶液倒入反应器2中，溶液总量为50 ml，微囊藻毒素的浓度为1.25mg/l。[0023]3、将锰掺杂炭凝胶颗粒倒入溶液中，通过曝入的空气气泡充分的流化，锰掺杂炭凝胶颗粒的投加量为65mg/L。[0024]4、通过调整反应器2的顶盖3的螺丝杆，控制正电极5到液面的距离I cm，调整好了之后，用螺丝将正电极5的螺丝杆固定在反应器2的顶盖3的第一中心孔上，同时用法兰固定住反应器2的顶盖3。[0025]5、打开电源I开关,输入电压为30kV,脉冲频率为200 Hz,每隔Imin关掉开关,打开顶盖取样0.5 ml去测样，处理6min后测得对藻毒素的去除率为96.8%。[0026]实施例3 1、打开反应器2顶盖3的法兰，揭开顶盖3。打开曝气装置，曝空气，通过空气流量计10控制气流量为80 L/h。[0027]2、将配置好的微囊藻毒素溶液倒入反应器2中，溶液总量为50 ml，微囊藻毒素的浓度为2mg/l。[0028]3、将锰掺杂炭凝胶颗粒倒入溶液中，通过曝入的空气气泡充分的流化，锰掺杂炭凝胶颗粒的投加量为100 mg/Lo[0029]4、通过调整反应器2的顶盖3的螺丝杆，控制正电极5到液面的距离I cm，调整好了之后，用螺丝将正电极5的螺丝杆固定在反应器2的顶盖3的中心孔上，同时用法兰固定住反应器2的顶盖3。[0030]5、打开电源I开关,输入电压为50 kV,脉冲频率为200 Hz,每隔Imin关掉开关，打开顶盖取样0.5 ml去测样，处理6 min后测得对藻毒素的去除率为99.95%。
【权利要求】
1.锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)打开曝气装置曝空气，通过空气流量计控制气流量为10L/h-80 L/h ； (2)、将配置好的微囊藻毒素溶液倒入反应器中，微囊藻毒素的浓度为0.5mg/1-2 mg/I ; (3)、将平均孔径在0.5-3 nm之间，比表面积不低于500m2/g的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒倒入溶液中，通过曝入的空气气泡充分的流化，其中锰掺杂炭凝胶颗粒的投加量为30 mg/L-100mg/l ;所述的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒，其锰掺杂方式由溶胶凝胶法制备掺杂，其锰金属含量为0.5-2% ;所述的钛掺杂，是将由溶胶凝胶法已制备好的锰掺杂炭凝胶材料，重新用浸溃法制备，将钛金属掺杂入内，其钛金属含量为0.5-2% ； (4)、通过调整反应器顶盖的螺丝杆，将正电极置于液面之上，控制正电极到液面的距离I cm，将正电极的螺丝杆固定在反应器顶盖的第一中心孔上，同时用法兰固定住反应器顶盖； (5)、打开电源开关，输入电压为10kV-50 kV，脉冲频率为200 Hz，每隔Imin关掉开关，打开顶盖取样去测样，测定对藻毒素的去除率。
2.根据权利要求1所述的锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，其特征在于:所述的锰钛共掺杂炭凝胶颗粒，其掺杂在炭凝胶上的金属锰的化学形态为MnO ;其掺杂在炭凝胶上的金属钛的化学形态为Ti02。
3.根据权利要求1所述的锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，其特征在于:所述的锰钛共掺 杂炭凝胶颗粒为研磨后经50-100目的筛子过滤后得到。
4.根据权利要求1所述的锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，其特征在于:所述的正电极为不锈钢多孔圆盘电极，置于液面之上，圆盘上有28个直径为8mm的均匀小孔，放电时，形成微通道沿面放电。
5.根据权利要求1所述的锰钛共掺杂炭凝胶催化沿面放电去除微囊藻毒素方法，其特征在于:所述的脉冲为陡前沿窄脉冲，脉宽为1-2 U S。
【文档编号】C02F1/74GK103613184SQ201310494328
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】辛青, 高秀敏, 逯鑫淼 申请人:杭州电子科技大学