一种铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法

本发明涉及水污染控制与污水处理，尤其是指一种铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法。

背景技术：

1、全氟化合物是一类性能优良的拒水拒油表面活性剂，广泛应用于纺织品、纸张、皮革制品、线路板、地板上光和家具等产品的表面处理及氟橡胶合成。广泛的生产和使用导致其环境排放量大，在多种环境和生物介质中都有检出，预计到2030年我国会有6420吨的全氟化合物持续排放，其中74-95%的全氟化合物将通过生产废水源源不断地排放到水环境，导致我国污水处理中的全氟化合物浓度极高。

2、全氟化合物可以抑制藻类，对生物胚胎发育有一定毒性，超过一定浓度时会导致胚胎死亡或畸形。研究还发现，全氟化合物具有干扰内分泌和生物激素的特性，可以诱导斑马鱼胚胎基因突变。同时，有学者通过观察长期暴露于全氟化合物中的啮齿动物和灵长动物的生理反应，证实了全氟化合物具有诱发哺乳动物的肝脏毒性、神经毒性、生殖毒性、遗传毒性及致癌性等毒性效应。

3、由于全氟化合物分子中c-f键具有极强稳定性，键能高达445kj/mol，传统的物理和生物化学方法无法对其有效降解。目前降解全氟化合物的方法有辐射氧化、电化学氧化、超声波氧化、光催化氧化、光还原、零价铁还原等。在这些方法中，水合电子还原具有较高的应用前景。作为一种单电子强还原剂，水合电子（eaq-）还原性强（e=-2.87v），理论上可直接攻击c-f键从而降解全氟化合物。申请号为201811478926.6的专利申请文件公开了一种光还原降解全氟化合物的方法，利用紫外灯光照多羧酸化合物产生水合电子还原降解全氟有机物，但该发明在实际水处理过程中，需要依赖于严格的强碱环境，反应条件苛刻、处理成本高、工艺复杂。

技术实现思路

1、为解决以上技术问题，本发明提供了一种铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法。氨基多羧酸可作为•oh清除剂以提高 eaq-的产率，而铁基矿物可以原位生成的表面结合态fe（ⅱ）弱化氨基多羧酸分子中氮原子的质子化，增强氨基多羧酸分子的给电子能力，从而实现uv诱导下的全氟化合物在中性条件的还原降解。

2、本发明提供了一种铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法，包括以下步骤：向含有全氟化合物的中性溶液中加入氨基多羧酸、铁基矿物，在紫外光照射下进行光还原降解反应。

3、在本发明的一个实施例中，所述全氟化合物包括全氟辛烷磺酸和/或全氟辛烷羧酸。

4、在本发明的一个实施例中，所述含有全氟化合物的溶液的浓度为5-20μm。

5、在本发明的一个实施例中，所述含有全氟化合物的中性溶液的ph值为6.5-7.5。

6、在本发明的一个实施例中，所述氨基多羧酸选自氨三乙酸和/或乙二胺四乙酸；所述氨基多羧酸的浓度为1-5mm。

7、在本发明的一个实施例中，所述铁基矿物选自磁铁矿和/或水铁矿；所述铁基矿物的投加量为0.10-0.50g·l-1。

8、在本发明的一个实施例中，所述光还原降解反应的反应温度为20-30℃，反应时间为0.5-10h。

9、在本发明的一个实施例中，所述紫外光的波长为200-300nm。

10、在本发明的一个实施例中，所述全氟化合物与氨基多羧酸的摩尔质量比为1：200-1：400。

11、在本发明的一个实施例中，所述紫外灯的光源为14w低压汞灯。

12、在本发明的一个实施例中，铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法采用的装置，包括反应器和与所述反应器底部位置相连接的恒温磁力搅拌器，还包括所述反应器内部的温度探头、曝气管和紫外灯；其中，所述反应器的顶部位置设有密封盖，所述温度探头和曝气管穿过所述密封盖置于所述反应器内部；所述紫外灯穿过所述密封盖，内置于所述反应器的石英套管内；所述反应器内壁上侧设有循环出水阀门，所述反应器内壁下侧设有循环进水阀门和取样口。

13、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：

14、1.本发明的反应条件简单，14w低压汞灯发射254nm光源，反应体系常温常压、中性ph即可，大大拓宽光致水合电子还原体系的实际应用范围。

15、2.本发明所指铁基矿物中的二价铁可以弱化氨基多羧酸分子中氮原子质子化，增强氨基多羧酸分子的给电子能力，诱导分子吸收峰红移，解锁全氟辛烷磺酸分子致密的螺旋结构，从而突破原体系强碱性依赖的局限。

16、3．本发明中铁基矿物可以作为铁源，易于回收和多次重复利用；反应过程绿色且环保，使得最终降解产物为甲酸、乙酸、硫酸根以及氯离子等，方便处理。且多种铁基矿物以及氨基多羧酸类物质均取得较好效果，材料选择面宽泛。

17、4.本发明反应条件中全氟化合物的初始浓度范围宽泛，可应用于不同浓度的全氟化合物降解处理。

技术特征：

1.一种铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤：向含有全氟化合物的中性溶液中加入氨基多羧酸、铁基矿物，在紫外光照射下进行光还原降解反应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全氟化合物包括全氟辛烷磺酸和/或全氟辛烷羧酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有全氟化合物的溶液的浓度为5-20μm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有全氟化合物的中性溶液的ph值为6.5-7.5。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氨基多羧酸选自氨三乙酸和/或乙二胺四乙酸；所述氨基多羧酸的浓度为1-5mm。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁基矿物选自磁铁矿和/或水铁矿；所述铁基矿物的投加量为0.10-0.50 g·l-1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光还原降解反应的反应温度为20-30℃，反应时间为0.5-10h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光的波长为200-300nm。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全氟化合物与氨基多羧酸的摩尔质量比为1：200-1：400。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光的光源为14w低压汞灯。

技术总结
本发明公开了一种铁基矿物强化光还原降解全氟化合物的方法，属于水污染控制与污水处理技术领域。建立了铁基矿物强化光还原降解全氟化合物体系，在中性pH、室温、空气条件下于含有全氟化合物的溶液中利用铁基矿物原位生成的表面结合态二价铁弱化氨基多羧酸分子中氮原子的质子化，从而增强氨基多羧酸分子的给电子能力，实现紫外线诱导全氟化合物的中性还原降解。本发明降解全氟化合物的方法简单易行，常温常压进行，降解产物毒性降低，易于处理，降解过程绿色高效。

技术研发人员：张超杰,翟振宇,赵云梦,朱朋宇,周雪飞,张亚雷
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24