一种降解水体中酚类化合物的方法

本发明属于含酚废水处理，涉及一种降解水体中酚类化合物的方法。

背景技术：

1、高锰酸钾(kmno4)具有高效、低成本、相对稳定等优点，被认为是一种很有前途的氧化剂[1-3]，但kmno4的稳定性可能会在一定程度上阻碍均相体系中污染物的处理效率。为了解决这一不足，研究人员通过添加固体催化剂的方式改善kmno4的氧化能力。现阶段已有的固体催化剂包括石墨[1]、ru/tio2[4]、生物炭[5-6]和碳纳米管[7]可通过吸附目标化合物形成污染物-催化剂界面等方式催化kmno4高效降解磺胺甲恶唑在内的有机污染物。然而，这些材料存在成本高和反应活性短等固有缺陷，阻碍了它们在环境技术上的应用，并且提出的技术是否能推广应用在工业上以及是否具有普遍适用性仍然未知。因此，有必要探索其他高效、低成本、可循环利用的催化剂以改善kmno4氧化体系的性能。

2、氧化铝(al2o3)以其低廉的价格和较高的比表面积被广泛用作高效催化降解污染物的载体材料[8-11]。现阶段，kmno4浸渍的al2o3颗粒在工业中表现出优异的性能，可用于去除硫化氢(h2s)、二氧化硫(so2)和二氧化氮(no2)等废气[12]。但还未有其它类似商品化产品用于水体污染物的处理研究，这一领域的空白亟待填补。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种使用简易方法制备的al2o3提高kmno4氧化效率的催化技术。发明中所使用的al2o3制备原料成本低廉，制备流程简单易实现，所得的al2o3催化剂具有高效、稳定和可循环的优良特性。本发明提供的方法可实现多种酚类的高效处理，并可设计成固定床利于工业废水的处理和应用推广。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明公开了一种降解水体中酚类化合物的方法，向含有酚类化合物的水体中加入al2o3和kmno4，降解酚类化合物。

4、在一些实施例中，向含有酚类化合物的水体中加入al2o3，混匀后再加入kmno4，降解酚类化合物；或者，将al2o3和kmno4混匀后再加入到含有酚类化合物的水体中，降解酚类化合物。

5、在一些实施例中，所述的酚类化合物为苯酚、2,4-二氯苯酚(2,4-dcp)、2,4-二溴苯酚(2,4-dbp)、2,4-二氟苯酚、2,4,6-三氯苯酚、2,3,4,6-四氯苯酚、五氯苯酚、五溴苯酚、壬基酚、氯苄酚、双酚a、双酚b、双酚s、二苯甲酮-1、二苯甲酮-4或二苯甲酮-8。

6、在一些实施例中，含有酚类化合物的水体需要进行预处理，所述的预处理为向水体中添加氢氧化钠，氢氧化钠的加入量为使得水体中酚类化合物溶解即可；其中，当水体中酚类化合物都已全部溶解时，则不需要加入氢氧化钠，添加氢氧化钠是为了助溶酚类化合物。

7、在一些实施例中，所述水体中酚类化合物的浓度范围为2.0μmol/l～2.0mmol/l。

8、在一些实施例中，所述的kmno4以kmno4水溶液添加。

9、其中，所述kmno4水溶液中水的用量依据为水能将kmno4溶解即可，kmno4水溶液无浓度限制。

10、在一些实施例中，所述的酚类化合物与kmno4的摩尔比为1：0.5～20，优选为1：2～20；所述的酚类化合物与al2o3的摩尔质量比为0.01mmol：0.1g～2g，优选为0.01mmol：1g；所述的降解，反应温度为24℃～26℃，反应时间为10～120min，优选为20min。

11、在一些实施例中，降解反应在ph＝5～10范围内进行，优选为ph＝6～8，更优选为ph＝7。

12、其中，在含有酚类化合物的水体中加入酸或碱调节ph至5～10，之后再将水体与kmno4混合进行降解反应；所述的酸为盐酸；所述的碱为氢氧化钠。

13、在一些实施例中，所述的降解酚类化合物采用常规反应器或固定床反应器。

14、其中，由于单独的kmno4与酚类化合物接触时即可发生氧化反应，为了解且确保al2o3在整个反应过程中起到催化作用，当采用常规反应器时降解过程中al2o3选择在kmno4与酚类化合物接触前投加，或者先将al2o3和kmno4接触后再与酚类化合物接触；而当采用固定床反应器时，因酚类化合物和kmno4都是以溶液的形式投加，所以选择将含有酚类化合物的水体和kmno4水溶液混合后，且在短时间内经过al2o3固定床层，此时酚类化合物和kmno4的接触时间相比于采用常规反应器的实际处理时间可忽略不计。

15、在一些实施例中，采用固定床反应器时，将al2o3置于固定床内，水体穿透固定床进行降解反应。

16、在一些实施例中，所述al2o3按如下方法制备得到：将九水合硝酸铝(al(no3)3·9h2o)置于坩埚中，加热坩埚，待坩埚中水分蒸干后停止加热，收集坩埚中蒸干水分的固体；将蒸干水分的固体放入管式炉的石英管中煅烧，煅烧结束后冷却、研磨，即得。

17、其中，所述的加热坩埚，加热温度为150℃。

18、其中，所述的煅烧，煅烧气氛为空气，煅烧温度为300℃，煅烧时间为1小时。

19、有益效果：

20、(1)本发明制备的al2o3催化剂是在较低的温度下实现制备的，制备流程简单易上手，原料廉价易得。

21、(2)在水体中酚类化合物的降解过程中发现，al2o3的加入显著促进了kmno4溶液氧化去除各种酚类化合物的速率和效率，kmno4/al2o3体系反应速率相较于单独kmno4降解体系增加了1.5～20倍。

22、(3)本发明的kmno4/al2o3固定床反应器可以实现含酚废水的处理，在工业上应用推广，其日处理量可达3.6l/h以上。

技术特征：

1.一种降解水体中酚类化合物的方法，其特征在于，向含有酚类化合物的水体中加入al2o3和kmno4，降解酚类化合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，向含有酚类化合物的水体中加入al2o3，混匀后再加入kmno4，降解酚类化合物；或者，将al2o3和kmno4混匀后再加入到含有酚类化合物的水体中，降解酚类化合物。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的酚类化合物为苯酚、2,4-二氯苯酚、2,4-二溴苯酚、2,4-二氟苯酚、2,4,6-三氯苯酚、2,3,4,6-四氯苯酚、五氯苯酚、五溴苯酚、壬基酚、氯苄酚、双酚a、双酚b、双酚s、二苯甲酮-1、二苯甲酮-4或二苯甲酮-8。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水体中酚类化合物的浓度范围为2.0μmol/l～2.0mmol/l。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的kmno4以kmno4水溶液添加。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的酚类化合物与kmno4的摩尔比为1：0.5～20；所述的酚类化合物与al2o3的摩尔质量比为0.01mmol：0.1g～2g；所述的降解，反应温度为24℃～26℃，反应时间为10～120min。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，降解反应在ph＝5～10范围内进行。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的降解酚类化合物采用常规反应器或固定床反应器。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，采用固定床反应器时，将al2o3置于固定床内，水体穿透固定床进行降解反应。

10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述al2o3按如下方法制备得到：将九水合硝酸铝置于坩埚中，加热坩埚，待坩埚中水分蒸干后停止加热，收集坩埚中蒸干水分的固体；将蒸干水分的固体放入管式炉的石英管中煅烧，煅烧结束后冷却、研磨，即得。

技术总结
本发明属于含酚废水处理技术领域，涉及一种降解水体中酚类化合物的方法。向含有酚类化合物的水体中加入Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;，混匀后再加入KMnO<subgt;4</subgt;，降解酚类化合物；或者，将Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;和KMnO<subgt;4</subgt;混匀后再加入到含有酚类化合物的水体中，降解酚类化合物。本发明制备的Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;催化剂是在较低的温度下实现制备的，制备流程简单易上手，原料廉价易得。在水体中酚类化合物的降解过程中发现，Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的加入显著促进了KMnO<subgt;4</subgt;溶液氧化去除各种酚类化合物的速率和效率，KMnO<subgt;4</subgt;/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;体系反应速率相较于单独KMnO<subgt;4</subgt;降解体系增加了1.5～20倍。本发明的KMnO<subgt;4</subgt;/Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;固定床反应器可以实现含酚废水的处理，在工业上应用推广，其日处理量可达3.6L/h以上。

技术研发人员：曲瑞娟,魏君妍,张胜男,刘博颖,王遵尧
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13