利用废弃暖宝宝贴催化处理高盐废水中有机物的方法与流程

1.本发明属于环境工程技术领域，具体涉及利用废弃暖宝宝贴催化处理高盐废水中有机物的方法。


背景技术：

2.随着工业和经济的发展，水污染问题越来越突出。而开发新型的水处理技术能够有效地控制工业废水中污染物含量，从而做到在源头上对水污染问题进行遏制。近年来，以产生强氧化性自由基的高级氧化技术受到越来越多研究者们的关注。在众多氧化剂中，过氧化氢因其产生的羟基自由基具有较强的氧化性，且过氧化氢分解产物较为清洁，因而逐渐成为高级氧化技术研究的热点。均相的芬顿高级氧化技术在处理污水中的污染物时存在着许多不足，如对于废水ph值要求较为苛刻、容易产生含铁污泥、成本高(铁盐试剂等)以及难以循环利用等。而非均相的光芬顿高级氧化技术主要依靠固体催化剂对氧化剂进行催化以产生氧化性自由基，实现对污染物的降解，具有较宽的ph耐受性、易于回收再利用等特点，因而具有广阔的应用前景。
3.然而，如纺织业、制药业等工业废水中常常含有高浓度无机盐，降低了非均相光芬顿技术对这些废水中有机污染物的降解效率。此外，大多数如四氧化三铁、四氧化三钴等非均相光芬顿催化剂在制备过程中往往需要投入很多的金属盐类药剂以及消耗能源等，增加了催化剂的成本投入。上述问题无疑限制了非均相光芬顿技术对于废水处理的应用推广，因此，如何设计并制备高效、清洁、低成本的光芬顿催化剂是该领域的亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供一种利用废弃暖宝宝贴制备非均相光芬顿催化剂并处理高盐废水中难降解有机物的方法，该方法制备催化剂的过程简单，制备的催化剂能够在高浓度无机盐和接近中性的ph范围(ph＝3-7)下实现对难降解有机污染物的有效降解；本发明另一目的在于为废弃暖宝宝贴提供一种资源化利用的方法。
5.为达到上述目的，采用技术方案如下：
6.利用废弃暖宝宝贴催化处理高盐废水中有机物的方法，包括以下步骤：
7.(1)取出废弃暖宝宝贴内部粉末物质，用水洗涤干净并在50～70℃下干燥，得到非均相光芬顿催化剂；
8.(2)向待处理的含有机物高盐废水中加入步骤1所得催化剂，搅拌分散均匀得到分散液；
9.(3)向步骤2所得分散液中加入氧化剂，以20～300w氙灯作为光源，启动降解反应。
10.按上述方案，还包括在降解反应结束后静置沉淀，分离回收暖宝宝贴粉末。
11.按上述方案，步骤1中废弃暖宝宝贴内部粉末主要包含铁氧化物以及活性炭，且粒径小于100目。
12.按上述方案，步骤2中所述含有机物高盐废水为含有氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸
氢钠中任意一种或混合的高浓度废水；所述有机物为四环素、橙黄g或甲基橙中的一种或混合。
13.按上述方案，步骤2中催化剂的用量为0.1～0.7g/l含有机物高盐废水。
14.按上述方案，步骤3中所述氧化剂的加入量与含有机物高盐废水的体积比为1：(333-500)。
15.按上述方案，步骤3中所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸氢钾或亚硫酸钠的水溶液。
16.利用废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂，以废弃暖宝宝贴内部粉末作为原料，水洗并在50～70℃下干燥获得。
17.相对于现有技术，本发明有益效果如下：
18.本发明的有益效果：
19.废弃的暖宝宝贴作为一种生活用品废弃物，其中含有一些金属盐类，如不加以回收处理，对于环境可能造成危害。本发明将其制备成非均相光芬顿催化剂并应用于环境污染物治理，达到了以废治废的效果；
20.本发明利用废弃的暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂可以高效地处理高盐废水中的难降解有机物，且具有较好的ph耐受性和优秀的循环催化性能，为实际高盐废水中有机污染物的处理提供了一种新思路。
附图说明
21.图1为利用废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂的raman图谱。
22.图2为不同投加量的催化剂催化过氧化氢降解四环素的效果。
23.图3为不同ph值下催化剂催化过氧化氢降解四环素的效果。
24.图4为不同种类高盐废水中催化剂催化过氧化氢降解四环素的效果。
25.图5为催化剂循环催化过氧化氢降解四环素的效果。
具体实施方式
26.以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。
27.本发明利用废弃暖宝宝贴制备了一种非均相光芬顿催化剂，以废弃暖宝宝贴内部粉末作为原料，水洗并在50～70℃下干燥获得。
28.本发明利用废弃暖宝宝贴催化处理高盐废水中有机物的方法，具体过程如下：
29.(1)取出废弃暖宝宝贴内部粉末物质，用水洗涤干净并在50～70℃下干燥，得到非均相光芬顿催化剂；废弃暖宝宝贴内部粉末主要包含铁氧化物以及活性炭，且粒径小于100目；
30.(2)向待处理的含有机物高盐废水中加入步骤1所得催化剂，搅拌分散均匀得到分散液；所述含有机物高盐废水为含有氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠中任意一种或混合的高浓度废水；所述有机物为四环素、橙黄g或甲基橙中的一种或混合；催化剂的用量为0.1～0.7g/l含有机物高盐废水；
31.(3)向步骤2所得分散液中加入氧化剂，以20～300w氙灯作为光源，启动降解反应；所述氧化剂为浓度为30wt％的过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸氢钾或亚硫酸钠溶液，与含有机
物高盐废水的体积比为1：(333-500)。
32.实施例1
33.利用废弃暖宝宝贴催化处理高盐废水中有机物的方法：
34.(1)将使用过的暖宝宝贴拆开，取出内部粉末物质，用水洗涤干净并在60℃下干燥，制得非均相光芬顿催化剂；
35.(2)将总体积为100ml、浓度分别为0.4mol/l的硫酸钠溶液和30mg/l的四环素溶液混合；
36.(3)向上述混合液体中加入0.3g/l干燥后的暖宝宝贴粉末并搅拌30分钟；
37.(4)以300w氙灯作为光源，向上述悬浮液中加入0.2ml的30％过氧化氢溶液启动降解反应，在指定的时间间隔内取少量反应液体并测定其中四环素的剩余浓度，以此评估废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂在高盐废水中降解难降解有机污染物的性能。
38.图1展示了利用废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂的raman图谱。350、500和700cm-1
处的峰归属于fe3o4晶体，而1350cm-1
和1580cm-1
处的峰则归属于暖宝宝贴中混合物所含碳的d带和g带。以上结果表明使用过的暖宝宝贴中的粉末经洗涤后，主要含有的物质为四氧化三铁粉末以及炭粉，具有较强的电子传输能力，因而适宜作为催化过氧化氢的催化剂。
39.重复实施例1，改变步骤3中暖宝宝贴粉末的投加量，不同投加量的暖宝宝贴粉末催化剂催化过氧化氢降解四环素的效果见图2所示。结果表明，暖宝宝贴催化剂具有明显的催化过氧化氢产生强氧化性自由基的能力，且催化能力随着暖宝宝贴催化剂投加量的提升而明显提升。综合考虑催化剂制备成本以及废水处理效果，0.3g/l的暖宝宝贴催化剂投加量是最适宜的投加量。
40.重复实施例1，改变步骤2中硫酸钠溶液的ph值，不同初始ph值下暖宝宝贴催化剂催化过氧化氢降解四环素的效果见图3所示。结果表明，暖宝宝贴催化剂在3-7的溶液初始ph下都能实现对四环素的高效降解，解决了传统芬顿反应需求水体ph范围(2-4)较窄的缺陷，更适合应用于实际废水中有机污染物的降解。
41.重复实施例1，改变步骤2所配置的高盐废水类型，不同种类无机盐废水中暖宝宝贴催化剂催化过氧化氢降解四环素的效果见图4所示。结果表明，即使在0.4mol/l的高浓度cl-、no
3-、so
42-和hco
3-存在情况下，暖宝宝贴催化过氧化氢降解四环素依旧能够取得80％以上的降解效果。这表明暖宝宝贴催化剂适宜于去除高盐废水中存在的难降解有机污染物，具备了fe3o4、co3o4等催化剂不具有的优势。
42.实施例1降解反应结束后，静置分离回收催化剂，然后重复循环实施，暖宝宝贴催化剂循环催化过氧化氢降解四环素的效果见图5所示。在五次循环催化后，暖宝宝贴催化剂对四环素的降解效率没有明显下降。这表明暖宝宝催化剂对过氧化氢的催化具有稳定性，且经过简单的静置沉淀或者磁性吸附就可快速从水体中回收再利用。
43.实施例2
44.一种废弃暖宝宝贴非均相光芬顿催化剂处理高盐废水中难降解有机物的方法，其特征在于它包括如下步骤：
45.(1)将使用过的暖宝宝贴拆开，取出内部发热的粉末物质，用水洗涤干净并在60℃下干燥；
46.(2)将总体积为100ml、浓度分别为0.4mol/l的氯化钠溶液和30mg/l的四环素溶液混合；
47.(3)向上述混合液体中加入0.1g/l干燥后的暖宝宝贴粉末并搅拌30分钟；
48.(4)以300w氙灯作为光源，向上述悬浮液中加入0.2ml的30％过氧化氢溶液启动降解反应，在指定的时间间隔内取少量反应液体并测定其中四环素的剩余浓度，以此评估废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂在高盐废水中降解难降解有机污染物的性能表现。
49.该实施例采用的方法对30mg/l的四环素能够在120分钟内达到86％的降解效率。说明制备的暖宝宝贴催化剂能够高效地催化过氧化氢降解四环素。
50.本实施例中采用的催化剂暖宝宝贴在不同溶液初始ph值下对四环素的降解效率以及循环催化性能同实施例1。
51.实施例3
52.一种废弃暖宝宝贴非均相光芬顿催化剂处理高盐废水中难降解有机物的方法，其特征在于它包括如下步骤：
53.(1)将使用过的暖宝宝贴拆开，取出内部发热的粉末物质，用水洗涤干净并在60℃下干燥；
54.(2)将总体积为100ml、浓度分别为0.4mol/l的硫酸钠溶液和30mg/l的四环素溶液混合；
55.(3)向上述混合液体中加入0.5g/l干燥后的暖宝宝贴粉末并搅拌30分钟；
56.(4)以300w氙灯作为光源，向上述悬浮液中加入0.2ml的30％过氧化氢溶液启动降解反应，在指定的时间间隔内取少量反应液体并测定其中四环素的剩余浓度，以此评估废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂在高盐废水中降解难降解有机污染物的性能表现。
57.该实施例采用的方法对30mg/l的四环素能够在60分钟内达到85.1％的降解效率。说明制备的暖宝宝贴催化剂能够高效地催化过氧化氢降解四环素。
58.本实施例中采用的催化剂暖宝宝贴在不同溶液初始ph值下对四环素的降解效率以及循环催化性能同实施例1。
59.实施例4
60.一种废弃暖宝宝贴非均相光芬顿催化剂处理高盐废水中难降解有机物的方法，其特征在于它包括如下步骤：
61.(1)将使用过的暖宝宝贴拆开，取出内部发热的粉末物质，用水洗涤干净并在60℃下干燥；
62.(2)将总体积为100ml、浓度分别为0.4mol/l的硝酸钠溶液和30mg/l的橙黄g溶液混合；
63.(3)向上述混合液体中加入0.7g/l干燥后的暖宝宝贴粉末并搅拌30分钟；
64.(4)以300w氙灯作为光源，向上述悬浮液中加入0.2ml的30％过氧化氢溶液启动降解反应，在指定的时间间隔内取少量反应液体并测定其中橙黄g的剩余浓度，以此评估废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂在高盐废水中降解难降解有机污染物的性能表现。
65.该实施例采用的方法对30mg/l的橙黄g能够在60分钟内达到86.45％的降解效率。说明制备的暖宝宝贴催化剂能够高效地催化过氧化氢降解橙黄g。
66.本实施例中采用的催化剂暖宝宝贴在不同溶液初始ph值下对橙黄g的降解效率以
及循环催化性能同实施例1。
67.实施例5
68.一种废弃暖宝宝贴非均相光芬顿催化剂处理高盐废水中难降解有机物的方法，其特征在于它包括如下步骤：
69.(1)将使用过的暖宝宝贴拆开，取出内部发热的粉末物质，用水洗涤干净并在60℃下干燥；
70.(2)将总体积为100ml、浓度分别为0.4mol/l的碳酸氢钠溶液和30mg/l的甲基橙溶液混合；
71.(3)向上述混合液体中加入0.3g/l干燥后的暖宝宝贴粉末并搅拌30分钟；
72.(4)以300w氙灯作为光源，向上述悬浮液中加入0.2ml的30％过氧化氢溶液启动降解反应，在指定的时间间隔内取少量反应液体并测定其中甲基橙的剩余浓度，以此评估废弃暖宝宝贴制备的非均相光芬顿催化剂在高盐废水中降解难降解有机污染物的性能表现。
73.该实施例采用的方法对30mg/l的甲基橙能够在60分钟内达到99.67％的降解效率。说明制备的暖宝宝贴催化剂能够高效地催化过氧化氢降解甲基橙。
74.本实施例中采用的催化剂暖宝宝贴在不同溶液初始ph值下对甲基橙的降解效率以及循环催化性能同实施例1。