一种纳米Fe3O4/Na2CO4协同降解废水中苯系物的方法与流程

本发明属于难降解有机废水处理技术领域，具体涉及一种利用纳米四氧化三铁(fe3o4)和过碳酸钠(na2co4)联合降解废水中苯系物的方法。

背景技术：

随着我国经济日益发展，汽油使用量大幅增长，汽油泄漏导致大量含有苯系物(btex)等有机污染物污染水质环境。苯系物对人体健康伤害极大，能在极低浓度下富集，对人体健康和环境造成严重甚至不可逆的危害。虽然苯系物(btex)对水质综合指标codcr和bod5的贡献较小，但对环境危害极大，因此加强对水质中的苯系物(btex)的降解和监管显得十分重要。

目前工厂针对这一类污水的主要处理方法为吸附、气浮和生物降解。其中吸附和气浮技术针对浓度较高的苯系物废水处理效果较差，生物降解易受到较多的外界环境干扰，且难以处理高浓度苯系物废水，因此通常需要进行预处理。高级氧化技术因其能降解大多数高浓度有机污染物且速率快而在高浓度有机废水预处理过程中广泛应用。用于苯系物污染废水的预处理的氧化法较多，包括臭氧氧化、光催化氧化、超声波氧化和芬顿氧化等。

na2co4又称作固体双氧水，近年来环境治理中的应用越来越广泛，基于过碳酸钠的新型高级氧化技术逐渐被应用于有机废水的处理。与其它的氧化剂相比，它具有很多的优点：室温下呈固体状态，易于储存和输送；高稳定性，高水溶性，相对价格较低，同时具有碳酸钠和过氧化氢的性质。然而，常温条件下，na2co4比较稳定，需要通过光、热、电、微波等物理方法或过渡金属等催化方式分解产生羟基自由基来降解有机污染物；其对有机污染物的降解机制主要是分解产生具有强氧化性的过氧化氢或过氧阴离子(ho2^-)，同时碳酸钠溶液呈碱性，也有利于有机物自身产生水解反应。张璐等人通过微波强化过碳酸钠/硫酸亚铁降解邻苯二甲酸异丁酯，ph控制在12的情况下，废水中的邻苯二甲酸异丁酯降解率可达到85.4％；杜曦等人采用双金属催化剂co-cu/sio2催化过碳酸钠降解废水中邻硝基氯苯，降解率达92％以上。其中热、紫外光、微波等活化方式虽然可以实现过碳酸钠的催化，但所需能耗高；贵金属则价格昂贵成本高；二价铁是催化过碳酸盐的高效催化剂，无毒、无能耗，但二价铁与过碳酸钠的副反应将消耗大量羟基自由基，导致该体系效率降低，并且该反应需在ph<4或ph>11的条件下进行，这也在一定程度上限制了其应用范围。因此，选择高性能活化剂和拓宽ph应用范围是该技术成功应用于处理有机废水的关键。

本发明在申请人多年研究的基础上，公开了一种利用纳米fe3o4催化na2co4来降解废水中苯系物的方法，实现了苯系物废水的便捷、高效降解。

技术实现要素：

本发明提供了一种利用纳米fe3o4/na2co4降解苯系物(btex，包括甲苯、乙苯、邻二甲苯和间二甲苯等)的方法，解决了常规技术处理周期长、二次污染以及难以循环利用等问题，具有工艺条件简单、操作要求低以及催化材料可循环使用等特点，可广泛应用于有机废水处理。

本发明为一种利用纳米fe3o4/na2co4体系降解btex的方法。具体技术方案如下：通过控制ph在一定条件下，向btex废水中投加na2co4和纳米fe3o4，常温下于恒温振荡器中振荡，处理后的苯系物降解率达到99％以上。利用纳米fe3o4的磁性将其回收循环利用。

所述的废水中苯系物的浓度为100～500mg/l。

所述的ph为9～13，ph的控制用盐酸和氢氧化钠调节。

所述的na2co4为废水中苯系物摩尔数的1～5倍。

所述的纳米fe3o4粒径为20～30nm，形状为球形，铁含量为99.5％，投加量为废水中苯系物摩尔倍数1～5倍。

所述的恒温振荡器的温度为常温，转速为180r/min。

所述的降解时间为20～60min。

本发明中，na2co4的主要作用是缓释过氧化氢从而与纳米fe3o4组成非均相类芬顿试剂，na2co4缓释产生的h2o2在纳米fe3o4的催化作用下产生具有强氧化性的羟基自由基，此外，na2co4在水溶液中分解产生的ho2^-也具有一定的氧化能力。

本发明中，纳米fe3o4的主要作用是作为催化剂，由于其为纳米级催化材料，具有很大的比表面积，其表面与na2co4分解产生的过氧化氢接触，组成类芬顿试剂，纳米fe3o4催化h2o2产生大量对有机污染物具有强氧化降解能力的羟基自由基，从而提高了氧化效率。

本发明的有益效果：

na2co4和纳米fe3o4构成的反应体系，提高了苯系物废水的降解效率；此外，由于纳米fe3o4本身具有磁性，可以通过磁铁回收循环利用，有效降低了处理成本；而相对传统工艺的二价铁活化na2co4反应体系，本发明采用纳米fe3o4活化na2co4有效减少了由于大量投加二价铁产生的污泥。

附图说明

实验数据绘制成附图1和附图2，附图1反映了不同过碳酸钠投加量对苯系物降解率的影响；附图2反映了不同降解时间对苯系物降解率的影响。

具体实施方式

以下结合具体实例来对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1和例2中利用本发明处理方法对苯系物废水溶液进行处理。其中，废水中残留的苯系物利用四氯化碳萃取，采用气相色谱法定量分析。

实施例1：

配置100ml苯系物废水(500mg/l)，用氢氧化钠调节ph至10.5，向废水中投加9.24g/l纳米fe3o4和12.5g/lna2co4，于常温下在180r/min的恒温振荡器中振荡60min，废水中苯系物的降解率达到了99％。反应结束后，磁性分离纳米fe3o4，于400w超声清洗器中超声10min后用，用干燥剂干燥回收利用。

实施例2：

配置100ml苯系物废水(400mg/l)，用氢氧化钠调节ph至10.5，向废水中投加7.39g/l纳米fe3o4和10g/lna2co4，于常温下在180r/min的恒温振荡器中振荡50min，废水中苯系物的降解率达到了99.6％。反应结束后，磁性分离纳米fe3o4，于400w超声清洗器中超声10min后用，用干燥剂干燥回收利用。

结果分析：试验发现，在控制ph为10.5的条件下，纳米fe3o4/na2co4对于降解废水中的苯系物具有良好的协同作用，同时由于纳米fe3o4本身所具有的磁性，实现了催化材料的回收利用，也避免了由于废水中铁离子的存在而带来的二次污染，实现了便捷、低成本环保型处理工艺。

技术特征：

技术总结
本发明属于难降解有机废水处理技术领域，公开了一种利用纳米Fe3O4/Na2CO4非均相类芬顿反应体系降解苯系物的方法。该方法是通过控制在一定pH条件下，向含苯系物废水中投加纳米四氧化三铁和过碳酸钠，在常温下反应，并利用纳米四氧化三铁的磁性将其回收循环利用。本方法处理后的废水中苯系物降解率达到99％以上。本发明具有以下优点：工艺条件简单、操作要求低以及催化剂可循环使用等，可广泛应用于难降解有机废水处理。

技术研发人员：姚静波;王明新;李心瑶;朱颖一;祝孔亮
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2017.03.31
技术公布日：2017.07.25