[发明专利]超声波催化降解有机污染物的方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波催化领域，特别是涉及固相催化剂存在下超声波催化降解有机污染物的方法。

背景技术

水环境保护是当前人类社会广泛关注的一个问题，随着我国国民经济的快速发展，有机废水对我国宝贵的水资源造成了威胁。然而利用现有的生物处理方法，对可生化性差或具有生物毒性的偶氮染料、氰化物、硝基苯、氯酚等有机废水处理较困难，而高级氧化法(Advanced Oxidation Process，简称AOPs)可将这些污染物直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还在环境类激素等微量有害化学物质的处理方面具有很大的优势，能够使绝大部分有机物完全矿化或分解，具有很好的应用前景。高级氧化技术包括超声波催化氧化法、空气氧化法、超临界水氧化法、光催化氧化法、Fenton氧化法等等。

超声波化学是最近几十年发展起来的声学和化学相互交叉渗透的一门新兴学科。超声波在水中传播会致溶液内气泡的形成、增长和爆破压缩，这些气泡尺度为微米或亚微米级，气泡内局部温度达5000摄氏度，压力达到1000大气压，气泡周围的局部温度也达2000摄氏度以上，这样的高温高压的局部被称为“热点”。在“热点”区域，水可以被直接均裂成羟基自由基和氢原子，如果有有机物存在，有机物也可以被直接热解。热点产生的自由基向气泡周围溶液扩散，部分相互发生耦合重新生成水、双氧水、氢气，也有一部分到达溶液中，引发一系列自由基反应，将水中溶解的有机物氧化或还原分解，甚至完全矿化。

近年来，由于能源的匮乏，科学家们一直在寻找低能耗、高效率的水污染解决方案。超声波的效率低一直是限制其应用的难题。围绕提高超声波效率，科学家们做出了很多尝试。

其中发现，向超声波体系中加入某些固体氧化物催化剂，比如二氧化钛，可以提高超声波降解有机污染物的效率，这些文献包括《超声波化学》2001年8卷227页的文章“二氧化钛存在下超声波降解2，4，6-三氯酚”(Pandit，A.B.Gogate，P.R.Mujumdar，S.Ultrasonic degradation of 2，4，6-trichlorophenol inpresence of TiO2 catalyst.Ultrasonics sonochemistry 2001，8，227～231)，《工业工程化学研究》2006年45卷913页的文章“二氧化钛催化超声波降解罗丹明染料的动力学”(Priya，M.H.Madras，G.Kinetics of TiO₂-catalyzed ultrasonicdegradation of rhodamine dyes.Ind.Eng.Chem.Res.2006，45，913～921)，《分子催化A：化学》2007年272卷84页的文章“微米级和金红石型二氧化钛存在下超声波降解甲基对硫膦以及它们超声活性的对比”(Wang，J.Sun，W.Zhang，Z.Zhang，X.Li，R.Ma，T.Zhang，P.Ying Li Sonocatalytic degradation ofmethyl parathion in the presence of micron-sized and nano-sized rutile titaniumdioxide catalysts and comparison of their sonocatalytic abilities.J.Mol.Catal.A：Chem.2007，272，84～90)。但是，正如文献中报道的，加入这些单一型的催化剂对于超声波催化降解有机物效率的提高是很有限的，为此，有人提出耦合别的氧化技术，比如陈飞等人的双氧水/二氧化钛共同存在下超声波降解糠醛(一种超声波协同二氧化钛降解糠醛的方法。陈飞，杨治中，丁恩勇。中请号：200610033961.8，公开号：CN 1801793A)，可以将糠醛矿化成二氧化碳和水。有人提出使用复合型的催化剂，比如将活性碳和二氧化钛耦合到一起，借助活性碳的大比表面积使得底物更靠近超声波产生的羟基自由基，抑制羟基自由基相互耦合，从而加快降解反应的进行；实验结果发现，这种复合型的催化剂相对于单一型的催化剂其效率确实有一定程度的提高，这个报道发表在《工业工程化学研究》2007年46卷699页“二氧化钛和活性碳复合粒子超声波降解苯酚的动力学”(Kubo，M.Fukuda，H.Chua，X.J.Yonemoto，T.Kinetics of ultrasonic degradation of phenol in the presence of composite particlesof titanium dioxide and activated carbon.Ind.Eng.Chem.Res.2007，46，699～704)。