[发明专利]一种利用超声波催化的活化分子氧的芬顿氧化水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活化分子氧的芬顿氧化去除水中有机物的方法，特别是涉及一种利用超声波催化的活化分子氧的芬顿氧化去除水中有机物的方法。

背景技术

在水资源环境治理中可通过超声波的方式对废水进行处理，超声波的空化效应为降解水中有害有机物提供可能，从而使超声波污水处理目的的实现。在污水处理过程中，超声波的空化作用对有机物有很强的降解能力，且降解速度很快，超声波空化泡的崩溃所产生的高能量足以断裂化学键，空化泡崩溃产生氢氧基（OH⁺）和氢基（H^-），同有机物发生氧化反应，能将水体中有害有机物转变成CO₂、H₂O、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物。所以在传统污水处理中生物降解难以处理的有机污染物，可以通过超声波的空化作用实现降解。

芬顿反应（Fenton）是一种高级氧化技术，通过Fe²⁺与H₂O₂的反应，产生强氧化剂羟基自由基，继而氧化破解污水或污泥，破坏污水或污泥中微生物的细胞壁，使细胞体内的细胞质释放，并将大分子难降解有机物分解为小分子物质，增加污水污泥的无机化程度，Fenton 氧化技术是一种有效的污泥预处理技术，早期芬顿试剂主要应用于有机分析化学和有机合成反应，1964年，Eisenhouser首次将芬顿反应作为废水处理的技术运用，并在苯酚及烷基苯废水处理实验中获得成功。但传统的 Fenton 反应在大规模应用时存在着三个方面的限制：①必须在 pH ＜ 3的酸性介质中进行 ；②常规 Fenton 催化剂 (Fe²⁺或 Fe³⁺) 在水溶液中的存在形式受到介质的酸碱度、总铁浓度、存放时间等因素的影响，其分离和反复利用面临许多困难 ；③尽管H₂O₂是一种方便清洁的氧源，但它存在着价格昂贵，稳定性差，利用率低的缺点以及储运等方面的限制。由此，多物化单元组合的Fenton技术如光-Fenton技术、电-Fenton技术、超声 -Fenton 技术、光电 -Fenton 技术等应运而生 ；同时，以零价铁及其复合物为代表的异相Fenton反应也能解决传统Fenton反应的不足，从而受到了国内外研究人员的关注。但目前的 Fenton体系依然没有解决 H₂O₂价格昂贵及利用率低的缺点。

现有的技术例如：申请号：201310678092.4与201210286680.9中分别提供了超声波与芬顿反应协同治理废水的方法，所述 201310678092.4中提出芬顿反应与和超声波破碎反应是同时进行的，所述201210286680.9中提出的方法是先加入FeCl₂和H₂O₂进行芬顿氧化，然后进行超声波破碎反应，但是上述两个技术中没有充分的利用到废水在超声波破碎反应一段时间后，其中产生的大量的氢氧基（OH⁺）和氢基（H^-）对芬顿氧化技术的促进。

又有申请号：201110045757.9的专利文献中提出了一种活化分子氧的芬顿氧化水处理的方法。将过渡金属离子、过渡金属、过渡金属氧化物作为活化分子氧催化剂产生羟基自由基，从而氧化去除废水中的有机物。与使用过氧化氢为氧源的芬顿水处理技术相比，活化分子氧的芬顿水处理技术更加成本低廉，绿色环保。本发明建立的活化分子氧的芬顿氧化水处理技术适用于各种有机废水处理，持久性好，效率高，环境友好，无二次污染，易于操作，符合实际水处理单元的需要，在环境污染治理领域有很大的应用潜力。

发明内容

针对上述材料，本发明的目的是提供一种能够利用超声波破碎反应时产生的大量的氢氧基（OH⁺）和氢基（H^-）以及将过渡金属离子、过渡金属、过渡金属氧化物作为活化分子氧催化剂产生羟基自由基进行的芬顿氧化反应，达到对废水进行治理的方法。