一种碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法与流程

1.本发明涉及水环境污染物去除技术领域，具体而言，涉及一种碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法。


背景技术：

2.近年来，随着工业和农业的快速发展，水污染问题已成为我国的一个重大环境问题，解决水污染问题已是当务之急。水环境中残留的有机污染物包含内分泌干扰物、环境雌激素、抗生素、农药和药物等，该类污染物可通过干扰内分泌功能、影响器官的正常发育、破环人体细胞内部结构，进而严重影响人体健康。水环境中残留的有机污染物的化学性质稳定，难以依靠水体的自净能力自然降解。因此，对于水体中残留的有机污染物的降解一直是水污染研究的热点问题。
3.目前关于水环境中残留有机污染物的去除工艺较多，其中包括膜处理工艺、生物氧化工艺、活性炭吸附工艺、臭氧氧化工艺、芬顿处理工艺、过硫酸盐高级氧化工艺等，但是由于水环境中残留的有机污染物具有分子结构稳定性高、半衰期长、生物降解性差等特点，同时上述处理工艺存在成本较高、操作工序复杂、吸附降解去除率低、降解产物毒性较大等弊端，导致水环境中残留有机污染物的浓度逐步累积，严重影响生态安全。因此，亟需研究开发出一种操作简单、经济性高、绿色无污染且能够高效去除有机污染物的水处理方法。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本发明提供了一种碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法。
6.本发明提供了一种碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法，按以下步骤完成：
7.一、将碳纳米材料与含有残留有机污染物的预处理水混合搅拌，得到碳纳米材料与预处理水的混合液；
8.二、将高锰酸钾溶液加入到碳纳米材料与预处理水样的混合液中，然后调节水样ph值至2.0-5.0，在搅拌条件下进行反应，得到去除有机污染物的水。
9.本发明的原理如下：
10.①
碳纳米材料吸附去除污染物；
11.②
碳纳米材料介导高锰酸盐电子转移作用；
[0012][0013][0014]
③
二氧化锰的絮凝沉淀去除污染物；
[0015]
根据本发明上述技术方案的碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法，还可以具有以下附加技术特征：
[0016]
优选地，步骤一中的碳纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维、c60中的一种或几种混合物。
[0017]
优选地，步骤一中的有机污染物为四环素类抗生素、氟喹诺酮类抗生素、磺胺类抗生素、双酚a、双酚af、甲硝唑、苯酚、2,4-二氯酚、2,4,6
‑ꢀ
三氯酚、邻苯二甲酸酯、雌酮、雌二醇、罗丹明b、亚甲基蓝、金橙ii、中雌酮、雌二醇、己烯雌酚、雌三醇、壬基酚和双酚a、双酚s、双酚af中的一种或几种混合物。
[0018]
优选地，步骤一中的预处理水中有机污染物的浓度为5μmol/l-50μ mol/l。
[0019]
优选地，步骤一中的碳纳米材料的投加浓度为0.005mg/l-0.1mg/l。
[0020]
优选地，步骤一中的搅拌速度为150r/min～200r/min；
[0021]
优选地，步骤二中的高锰酸盐的浓度为5μmol/l-100μmol/l。
[0022]
优选地，步骤二中通过1.0mol/l氢氧化钠和0.1mol/l硫酸溶液调节水样初始ph为2.0～5.0。
[0023]
优选地，步骤二中所述的反应的时间为10min～30min。
[0024]
优选地，步骤二中所述的有机污染物的去除率为90％～99％，步骤二中采用孔径为0.22μm的滤头过滤1ml去除有机污染物的水，再加入10μl 浓度为1mol/l的硫代硫酸钠终止反应，得到待测样品；采用高效液相色谱进行测定，通过标准曲线测定对目标有机污染物的浓度，通过反应前后的浓度变化计算在不同反应时间和反应条件下有机污染物的去除率。
[0025]
本发明中碳纳米材料与高锰酸盐协同作用，首先通过碳纳米材料吸附水体中残留的有机污染物；然后通过碳纳米材料介导作用促进高锰酸盐与有机污染物之间的电子转移，实现水体中残留有机污染物的快速降解，最终矿化生成 co2和h2o等小分子无机物；同时，反应生成的二氧化锰具有较强的絮凝沉淀作用，既可以去除一部分有机污染物，还能够高效地促进水体中残留的碳纳米材料的絮凝沉淀，避免了水体的二次污染。
[0026]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0027]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0028]
图1是双酚a在/cnts体系、体系和cnts体系的降解对比，
具体实施方式
[0029]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0030]
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它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0031]
下面参照图1来描述根据本发明一些实施例提供的碳纳米材料耦合高锰酸盐去除
水中有机污染物的方法。
[0032]
本技术的一些实施例提供了一种碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法。
[0033]
具体实施方式一：本实施方式一种碳纳米材料耦合高锰酸盐去除水中有机污染物的方法是按以下步骤完成的：
[0034]
一、将碳纳米材料与含有残留有机污染物的预处理水混合搅拌，得到碳纳米材料与预处理水的混合液；
[0035]
二、将高锰酸钾溶液加入到碳纳米材料与预处理水样的混合液中，然后调节水样ph值至2.0-5.0，在搅拌条件下进行反应，得到去除有机污染物的水。
[0036]
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的碳纳米材料为碳纳米管、碳纳米纤维、c60中的一种或几种混合物。其它步骤与具体实施方式一相同。
[0037]
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的有机污染物为四环素类抗生素、氟喹诺酮类抗生素、磺胺类抗生素、双酚a、双酚af、甲硝唑、苯酚、2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚、邻苯二甲酸酯、雌酮、雌二醇、罗丹明b、亚甲基蓝、金橙ii、中雌酮、雌二醇、己烯雌酚、雌三醇、壬基酚和双酚a、双酚s、双酚af中的一种或几种混合物。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
[0038]
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的预处理水中有机污染物的浓度为5μmol/l-50μmol/l。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
[0039]
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一中所述碳纳米材料的投加浓度为0.005mg/l-0.1mg/l。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
[0040]
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一中所述的搅拌速度为150r/min～200r/min。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
[0041]
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤二中所述的高锰酸盐的浓度为5μmol/l-100μmol/l。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
[0042]
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中所述1.0mol/l氢氧化钠和0.1mol/l硫酸溶液调节水样初始ph为 2.0～5.0。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
[0043]
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤二中所述的反应的时间为10min～30min。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
[0044]
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤二中所述的有机污染物的去除率为90％～99％。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
[0045]
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤二中采用孔径为0.22μm的滤头过滤1ml去除有机污染物的水，再加入 10μl浓度为1mol/l的硫代硫酸钠终止反应，得到待测样品；采用高效液相色谱进行测定，通过标准曲线测定对目标有机污染物的浓度，通过反应前后的浓度变化计算在不同反应时间和反应条件下有机污染物的去除率。其它步骤与具体实施方式一至十相同。
[0046]
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
[0047]
实施例1
[0048]
对双酚a的去除实验：
[0049]
双酚a在/cnts体系中的降解是按以下步骤完成的：
[0050]
一、将碳纳米管加入到与含有残留有机污染物的预处理水混合搅拌，得到碳纳米材料与预处理水的混合液；
[0051]
步骤一中所述的预处理水中有机污染物为双酚a，双酚a的浓度为50μ mol/l；
[0052]
步骤一中所述碳纳米管的投加浓度为0.05mg/l；
[0053]
步骤一中所述的搅拌速度为150r/min；
[0054]
二、将高锰酸钾溶液加入到碳纳米管与预处理水样的混合液中，然后调节水样ph值至3.0，在搅拌条件下进行反应，得到去除双酚a的水。
[0055]
步骤二中所述的高锰酸盐的浓度为80μmol/l；
[0056]
步骤二中所述1.0mol/l氢氧化钠和0.1mol/l硫酸溶液调节水样初始 ph为3.0；
[0057]
步骤二中所述的反应的时间为30min；
[0058]
步骤二中分别在反应0、2、5、10、20和30min时间点取样，采用孔径为0.22 μm的滤头过滤1ml去除双酚a的水，再加入10μl浓度为1mol/l的硫代硫酸钠终止反应，得到待测样品；采用高效液相色谱进行测定，通过标准曲线测定对目标有机污染物的浓度，通过反应前后的浓度变化计算在不同反应时间和反应条件下有机污染物的去除率，见图1所示。
[0059]
图1是双酚a在/cnts体系、体系和cnts体系中的降解图，图中
“‑”
为对比实施例1中双酚a在/cnts体系的降解曲线，
“○”
为对比实施例1中双酚a在体系中的降解曲线，
“△”
为实施例1中双酚a在 cnts体系中的降解曲线；
[0060]
从图1可知，在实施例1的/cnts体系中，双酚a在反应15分钟内实现90％的降解，拟一级反应动力学常数为0.12min-1
。而对比实施例1的体系和cnts体系，双酚a在反应30分钟内的去除率分别为70％和23％，拟一级反应动力学常数分别为0.04min-1
和0.02min-1
。
[0061]
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0062]
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。