[发明专利]一种OMS-2活化过硫酸盐降解有机废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于有机废水处理领域，具体涉及一种OMS-2活化过硫酸盐降解有机废水的方法。

背景技术

高级氧化技术因其降解有机污染物的高效性得到国内外学者的广泛关注，这种氧化技术是利用反应过程中生成的强氧化性自由基如羟基自由基(·OH)、氢过氧基(·OOH)等，将有机污染物降解成小分子物质，最后矿化成CO₂、H₂O和相应的无机离子。在多种催化体系中，以形成高活性的·OH降解污染物的催化体系受到了极大的关注，如H₂O₂/Fe²⁺，UV/H₂O₂，O₃/H₂O₂，O₃/UV等。

硫酸根自由基(SO₄^—·)的氧化还原电位为2.6V，虽然略低于·OH的氧化还原电位(2.7V)，但相比于·OH，SO₄^—·在酸性和中性条件下比较稳定，碱性条件下还可氧化H₂O或OH^—生成·OH，因此基于SO₄^—·的新型高级氧化技术在废水处理应用中前景广阔。

硫酸根自由基可以通过高温热解、光催化、过渡金属的催化等方式分解过硫酸盐产生，然而热活化过硫酸盐技术能耗高，光活化过硫酸盐技术条件苛刻。过渡金属活化过硫酸盐技术对设备要求低，能耗小，更加经济实惠，常用的金属离子包括Fe²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺、Ce³⁺和Ag⁺等(Environmental Science & Technology,2004,38,3705-3712)。虽然均相体系催化过硫酸盐具有催化效率高、氧化能力强等优点，但也存在一些缺陷，例如催化剂不能循环利用、溶液中存在的微量金属离子难与反应介质分离、可能会造成潜在的二次污染和生物毒性等问题。如果能够将金属离子固定化，而又不失去活性，那么以上的缺点就可以得到克服。发明专利CN103435144A将纳米级铁及铁的氧化物制成纳米复合材料作为多相催化剂，催化分解过硫酸盐产生具有强氧化性的硫酸根自由基，从而氧化去除废水中的有机物。将钴负载在TiO₂的晶格上同样能够提高催化剂的活性(RSC Advances,2013,3,520-525)；而专利CN102247891A则是将二价锰离子与络合剂复合负载在活性炭上，催化过硫酸盐产生高活性五价锰用于水处理。

锰氧化物是一类比较有潜力的多相催化剂，包括MnO、Mn₂O₃、MnO₂和Mn₃O₄等，在多种氧化-还原反应中得到了应用。近期研究结果表明锰氧化物可以用来活化过硫酸盐，如Saputra等人考察了MnO、Mn₂O₃和Mn₃O₄和过硫酸氢盐组成的体系降解苯酚废水的性能，发现Mn₂O₃的活性要比其它锰氧化物催化剂的活性高(Applied Catalysis B:Environmental,2013,142-143,729-735)。然而，现有的锰催化剂制备过程较复杂，催化活性不够理想，氧化剂使用量大，废水处理成本较高。

氧化锰八面体分子筛(OMS-2)属于α-MnO₂，是一种类似于沸石分子筛隧道结构的新型材料，晶格中存在Mn²⁺、Mn³⁺和Mn⁴⁺，具有温和的表面酸性和良好的氧化还原性，成为继沸石型四面体分子筛之后又一个新的研究热点。作为一种新型的功能材料，已有报道表明OMS-2对于有机物的热分解具有理想的催化活性(催化学报,2008,29，1127-1132)。本发明首次采用OMS-2作为活化过硫酸盐的催化剂，发现其具有很高的催化降解污染物的性能。

发明内容