一种氧化还原介质强化三氧化二铁催化臭氧去除水中碘海醇的方法

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及到一种氧化还原介质强化三氧化二铁催化臭氧去除水中碘海醇的方法。


背景技术：

2.药品和个人护理用品(ppcps)在水环境中被广泛检测到，碘代造影剂(icms)是其重要组成部分。icms是介入放射学中用于血管和体腔成像的常用药物，结构稳定，传统水处理工艺不能有效去除。全球每年对icms的消费量约为3.5
×
106kg，其中95％的icms不经人体代谢就排出体外进入水体。与其他碘代造影剂相比，碘海醇是一种非离子造影剂，在实际使用过程中产生的不良反应比离子造影剂少。在地表水中，碘海醇和碘帕醇是最常见的碘代造影剂。碘海醇分子链上有6个羟基，因此，碘海醇水溶性强，极性强。虽然icms并未显示对环境的负面影响，但已有研究表明碘海醇对人体的肾功能具有负面影响。另外，碘代造影剂被认为是碘代消毒副产物(i-dbps)的主要碘源，而碘代消毒副产物具有“致癌、致畸、致突变”特性，可以破坏细胞功能，对哺乳动物细胞基因表达造成干扰和伤害，表现出遗传毒性，通常比氯代消毒副产物和溴代消毒副产物的毒性更大。因此，这类新兴污染物在水环境中的高效去除控制技术亟待开发。
3.高级氧化法(aop)是指通过产生大量强氧化剂(如oh
·
)来有效降解溶液中的持久性物质的技术。在水处理中可以应用多种aops，如uv、臭氧、h2o2、过硫酸盐等，以及它们的组合方式。例如，紫外照射和紫外/氯化可以实现各种icms的有效脱除，包括泛影酸钠、碘帕醇、碘海醇、碘普罗胺等。而臭氧通常用于灭菌、消毒、除臭和脱色，其在水中具有较高的氧化还原电位。因此，臭氧被广泛应用于水和废水处理过程，并被认为是一种绿色氧化剂。有机污染物可以通过臭氧与分子臭氧直接反应降解，也可以通过臭氧分解产生的自由基间接反应降解。然而通过直接臭氧反应生成的活性羟基自由基有限，即在相同条件下臭氧的利用率低，活性自由基产率低，对污染物的降解率也低。因此，亟需研究开发可以促进臭氧高效分解生成活性自由基的处理技术。。


技术实现要素：

4.本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
5.鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种氧化还原介质强化三氧化二铁催化臭氧去除水中碘海醇的方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
8.采用超纯水配制需求浓度的碘海醇溶液；
9.向碘海醇溶液中加入一定量的氧化还原介质，加入缓冲液并调节溶液ph至7，搅拌均匀得混合溶液；
10.将所得混合溶液置于臭氧反应器中，然后加入一定浓度的三氧化二铁，接通臭氧发生器，调节臭氧曝气浓度并维持流量。
11.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述碘海醇溶液的浓度为10μm。
12.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述氧化还原介质为1-羟基苯并三唑。
13.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述1-羟基苯并三唑的浓度为5μm。
14.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述缓冲液为10mm的磷酸盐缓冲溶液。
15.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述调节ph由1m的氢氧化钠溶液和0.18m的稀硫酸溶液配制而成。
16.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述三氧化二铁的浓度为200mg/l。
17.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述臭氧反应器为双层玻璃管，其中，玻璃管底部配有砂芯盘曝气口。
18.作为本发明所述的一种优选方案，其中：所述臭氧曝气浓度为0.40mg/l，曝气流量为0.5l/min。
19.本发明有益效果：
20.(1)本发明是基于非均相三氧化二铁催化臭氧高级氧化技术投加1-羟基苯并三唑的强化技术，可以高效地去除水中的碘海醇，相对于单独臭氧氧化与三氧化二铁催化臭氧氧化技术，强化反应技术有效促进溶液中碘海醇的降解。
21.(2)本发明采用强化臭氧催化技术，促进臭氧氧化过程中羟基自由基的生成，提高了反应过程中反应速率常数。
22.(3)本发明在中性ph条件下具有高反应性，且常温下即可进行，强化反应条件容易满足，操作简便快捷。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
24.图1为本发明实施例1与对比例1、对比例2中臭氧反应对碘海醇的降解效果。
25.图2为对比例3中臭氧反应对碘海醇的降解效果及拟一级动力学曲线。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
28.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方
式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
29.本发明中所用材料：
30.碘海醇(iohexol)(c19h26i3n3o9，》99％)，阿拉丁(aladdin)生化科技股份有限公司(上海)，普通市售；三氧化二铁(fe2o3，99％)、1-羟基苯并三唑(hbt，c6h5n3o，99％)，上海易恩化学技术有限公司，普通市售；玻璃双层管(定制设备)。
31.本发明中碘海醇浓度采用高效液相色谱法检测。
32.实施例1
33.采用超纯水配制浓度为10μm碘海醇溶液；向碘海醇溶液中加入10μm 1-羟基苯并三唑的溶液，加入10mm的磷酸盐缓冲液，并用1m的氢氧化钠溶液和0.18m的稀硫酸溶液调节溶液ph至7，搅拌均匀得混合溶液；
34.取500ml混合溶液置于双层玻璃管反应器中，然后加入200mg/l的三氧化二铁，接通臭氧发生器，调节臭氧曝气浓度为0.40mg/l，维持曝气流量为0.5l/min。反应时间控制为0、2、5、10、15、30、60min，测定计算臭氧对碘海醇的降解率。
35.对比例1
36.采用超纯水配制浓度为10μm碘海醇溶液；加入10mm的磷酸盐缓冲液，并用1m的氢氧化钠溶液和0.18m的稀硫酸溶液调节溶液ph至7，搅拌均匀得混合溶液；
37.取500ml混合溶液置于双层玻璃管反应器中，然后加入200mg/l的三氧化二铁，接通臭氧发生器，调节臭氧曝气浓度为0.40mg/l，维持曝气流量为0.5l/min。反应时间控制为0、2、5、10、15、30、60min，测定计算臭氧对碘海醇的降解率。
38.对比例2
39.采用超纯水配制浓度为10μm碘海醇溶液；加入10mm的磷酸盐缓冲液，并用1m的氢氧化钠溶液和0.18m的稀硫酸溶液调节溶液ph至7，搅拌均匀得混合溶液；
40.取500ml混合溶液置于双层玻璃管反应器中，接通臭氧发生器，调节臭氧曝气浓度为0.40mg/l，维持曝气流量为0.5l/min。反应时间控制为0、2、5、10、15、30、60min，测定计算臭氧对碘海醇的降解率。
41.对比例3
42.本实施例与实施例1相比，调节1-羟基苯并三唑溶液的浓度分别为0、1、5、10、20μm，其他制备工艺条件均与实施例1相同，测定计算该几种条件下臭氧对碘海醇的降解率。
43.图1为实施例1与对比例1、对比例2中臭氧反应对碘海醇的降解效果。可以看出臭氧、三氧化二铁催化臭氧、1-羟基苯并三唑强化三氧化二铁催化臭氧氧化对碘海醇的降解均有较好的效果，60min对碘海醇的降解率分别达到64％、85％和100％。由此可以发现，强化臭氧催化技术可以更有效得去除溶液中的碘海醇。
44.图2为对比例3中加入各浓度的1-羟基苯并三唑溶液后臭氧反应对碘海醇的降解效果。可以看出1-羟基苯并三唑强化臭氧催化技术在1-羟基苯并三唑投加量为1μm时，相较于未增加氧化还原介质的臭氧反应体系对碘海醇的降解具有促进作用，降解率从84％增加到91％，碘海醇降解反应速率常数提高了25％；当1-羟基苯并三唑强化臭氧催化技术在1-羟基苯并三唑投加量为20μm时，相较于未增加氧化还原介质的臭氧反应体系对碘海醇的降解具有促进作用，降解率从84％增加到90％，但碘海醇降解反应速率常数只提高了17％；并
且从图2可以看出，当1-羟基苯并三唑投加浓度为20μm时，反应前20min碘海醇的降解率低于三氧化二铁催化臭氧体系对碘海醇的降解，这说明1-羟基苯并三唑的加入虽然可以使得碘海醇降解率增高、反应体系的反应速率得到提升，但是浓度过高时，会影响碘海醇的降解；当1-羟基苯并三唑投加浓度为5μm时，反应时间为60min时的降解率达到100％，反应液中的碘海醇能够全部被氧化去，即该浓度下的降解效果最好。
45.应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。