一种利用天然黄铁矿活化过硫酸盐降解阿特拉津的方法

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解环境中阿特拉津的方法


背景技术：

2.近年来，水体中不断检测出阿特拉津的残留，2014-2016年农药使用高峰期(4-8月)的饮用水进行检测，发现2014年atz检出率为47.52％，2016年atz的检出率上涨至75％，有部分市的检出率甚至高达95.45％。阿特拉津已经成为水体检测中出现频率最高的除草剂之一。阿特拉津可通过食物链进入人体，严重威胁人体健康，长期接触会损伤其生殖、免疫、内分泌、淋巴等系统，更严重的是atz还可以引发乳腺癌和卵巢癌。因此，探索安全、高效降解阿特拉津的方法具有重要意义。
3.活化过硫酸盐技术是近年来发展起来的以硫酸根自由基(so4·-)为主要活性物质降解污染物的新型高级氧化技术(aops)。过硫酸盐因其结构稳定性、运输方便、成本低效率高而成为一种合适的氧化剂来源。经过ps活化产生大量so4·-，so4·-是一种强氧化性物质并且具有较好的ph适应性和较高的氧化还原电位(2.5-3.1v)，因此在处理难降解的有机污染物时表现出较好的处理效果。ps活化方法主要包括：热活化、光活化、碱活化、电化学活化和过渡金属活化等。但是热活化、光活化以及电化学活化对设备要求高、费用昂贵。研究者也研发了许多活化材料，例如：fe3o4、纳米零价铁(fe0)、石墨烯、碳纳米管等。然而，这些纳米材料制造过程复杂、成本高、产量低且容易造成二次污染，很难在实际环境中大规模运用。因此，近些年来，制备低成本、高效、环境友好型的催化剂是ps高级氧化技术研究领域的研究热点之一。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺点与不足，本发明提供了一种效率高、成本低、操作简单、绿色环保的以天然黄铁矿作为活化剂活化过硫酸盐产生强氧化自由基降解阿特拉津有机废水的方法。
5.本发明的技术方案：
6.一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解环境中阿特拉津的方法，包括如下步骤：常温常压下，向受阿特拉津污染的水体中加入过硫酸钠和黄铁矿，通过震荡或搅拌，用天然黄铁矿活化过硫酸盐产生so
4-·
自由基降解废水中的阿特拉津。
7.优选的，所述过硫酸盐一般为过硫酸钠或过硫酸钾。
8.优选的，上述水体反应体系中过硫酸盐的浓度为0.5-4mmol
·
l-1
，更优选的为2-4mmol
·
l-1
。
9.优选的，所述农药有机物为阿特拉津，优选浓度为5mg
·
l-1
。
10.优选的，所述黄铁矿为采用研磨后的天然黄铁矿颗粒过200目筛，经去离子水以及无水乙醇清洗后，真空干燥后得到黄铁矿粉末样品。
11.优选的，上述水体反应体系中黄铁矿的浓度为0.1-0.8g
·
l-1
，更优选的为0.4-0.6g
·
l-1
。
12.优选的，所述废水ph《8时，无需调整。
13.优选的，所述过硫酸盐、黄铁矿、阿特拉津浓度比值为2mmol
·
l-1
:0.4g
·
l-1:5mg
·
l-1
。
14.优选的，所述的混匀反应的时间为60-90min；更优选为60min。
15.优选的，所述水体中腐殖酸的浓度为0-7mmol
·
l-1
。
16.本发明的有益效果为：
17.1、用黄铁矿活化过硫酸盐构建了一种氧化还原体系产生强氧化性活性物质so
4-·
和
·
oh，处理废水中的有机污染物且降解效果良好。
18.2、本发明所用黄铁矿为天然矿物，来源广泛，价格低廉；由于黄铁矿氧化是一个产酸的过程所用黄铁矿活化过硫酸盐体系可适用ph范围广无需进行ph调节。此方法不需要消耗其他额外能量，工艺简单，可操作性强，成本低，在废水处理领域有极大的经济价值和环境价值，具有广阔应用前景。
附图说明
19.图1为单独投加黄铁矿、单独投加过硫酸盐和黄铁矿/过硫酸盐对阿特拉津降解的影响；
20.图2为不同浓度过硫酸盐对阿特拉津降解的影响；
21.图3为黄铁矿使用量对阿特拉津降解的影响；
22.图4为溶液初始ph对阿特拉津降解的影响；
23.图5为不同浓度腐殖酸对阿特拉津降解的影响。
具体实施方式
24.为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的以及有益效果易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
25.实施例1
26.实验均在台式恒温振荡器中进行，在一系列150ml锥形瓶中分别投加35.5ml水溶液和12.5ml 20mg
·
l-1
atz储备液，震荡5min。向锥形瓶中加入以及2ml 50mmol
·
l-1
过硫酸钠溶液，震荡5min。最后加入浓度为0.4g
·
l-1
的黄铁矿，并以160r
·
min-1
的速度在30℃下震荡计时90min。图1为单黄铁矿、单过硫酸钠以及黄铁矿/过硫酸钠体系分别降解阿特拉津的浓度变化曲线，单过硫酸钠以及单黄铁矿对阿特拉津的降解效果不理想，单黄铁矿和单过硫酸钠的体系中阿特拉津的降解率在反应90min后分别才12.2％和15.2％，而黄铁矿/过硫酸钠体系在50min以内基本可以完全降解。表明过硫酸钠在黄铁矿的作用下可以高效降解阿特拉津。
27.实施例2
28.实验均在台式恒温振荡器中进行，在一系列150ml锥形瓶中分别投加35.5ml水溶液和12.5ml 20mg
·
l-1
atz储备液，震荡5min。向锥形瓶中加入以及2ml过硫酸钠溶液，使得最终浓度为0.5、1、2、3、4mmol
·
l-1
，震荡5min。最后加入浓度为0.4g
·
l-1
的黄铁矿，并以
160r
·
min-1
的速度在30℃下震荡计时90min。图2为具体降解图。随着过硫酸钠浓度的增加，阿特拉津的降解速度加快。虽然过硫酸钠浓度越高越有利于阿特拉津的降解，但后期促进效果明显减小，过量的过硫酸钠导致了不必要的消耗。
29.实施例3
30.实验均在台式恒温振荡器中进行，在一系列150ml锥形瓶中分别投加35.5ml水溶液和12.5ml 20mg
·
l-1
atz储备液，震荡5min。向锥形瓶中加入以及1ml 50mmol
·
l-1
过硫酸钠溶液，震荡5min。最后加入浓度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8g
·
l-1
的黄铁矿，并以160r
·
min-1
的速度在30℃下震荡计时90min。从图3可知，阿特拉津的降解率随着黄铁矿浓度的增加而增加，当黄铁矿浓度为0.1g
·
l-1
时阿特拉津降解率仅有34.26％，而当黄铁矿浓度大于0.4g
·
l-1
以后，90min以内阿特拉津几乎可完全降解。但是随着黄铁矿浓度的升高虽然阿特拉津降解速度加快，但后期促进效果明显减小，过量的黄铁矿会导致不必要的消耗。
31.实施例4
32.实验均在台式恒温振荡器中进行，在一系列150ml锥形瓶中分别投加35.5ml水溶液和12.5ml 20mg
·
l-1
atz储备液，震荡5min。向锥形瓶中加入以及2ml 50mmol
·
l-1
过硫酸钠溶液，震荡5min。将溶液ph分别调节至2、4、6、8，最后加入浓度为0.4g
·
l-1
的黄铁矿，并以160r
·
min-1
的速度在30℃下震荡计时90min。如图4所示，ph＝2-6范围内，阿特拉津均可几乎完全降解。ph值为8时，阿特拉津降解率也达到了73.32％。研究发现随着ph的降低降解速率加快，说明黄铁矿/过硫酸钠体系对废水初始ph的适应范围广，且能保持较高的降解率。所以当废水初始ph过高时仅需要稍微调节ph至黄铁矿/过硫酸钠体系的优选ph范围内即可。
33.实施例5
34.实验均在台式恒温振荡器中进行，在一系列150ml锥形瓶中分别投加35.5ml水溶液和12.5ml 20mg
·
l-1
atz储备液，震荡5min。向锥形瓶中加入以及2ml 50mmol
·
l-1
过硫酸钠溶液，加入腐殖酸使得改浓度分别为0mmol
·
l-1
、2mmol
·
l-1
、5mmol
·
l-1
、7mmol
·
l-1
，震荡5min。最后加入浓度为0.4g
·
l-1
的黄铁矿，并以160r
·
min-1
的速度在30℃下震荡计时60min。图5为不同浓度腐殖酸对阿特拉津降解的影响，如图所示腐殖酸对atz的降解具有轻微抑制作用，atz的降解率随腐殖酸浓度的增加而降低。这是由于腐殖酸可作为螯合剂与fe
2
反应形成稳定的络合物。腐殖酸模拟了天然水体中丰富的有机质，表明黄铁矿/过硫酸钠体系降解有机污染物受天然水体中有机质影响较小，具有实用性。
35.对所公开的实施例的上述说明具有较佳的降解效果，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，本文中所述效果可以在不脱离本发明的原理的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的范围。