[发明专利]一种基于聚苯胺包覆型纳米零价铁处理有机废水的方法

说明书

技术领域

本发明属于废水处理领域，具体涉及一种基于聚苯胺包覆型纳米零价铁处理有机废水的方法。

背景技术

近年来，基于零价铁/O₂氧化体系的高级氧化技术受到了国内外的广泛关注，该技术可有效处理水中多种有机污染物（如卤代烃、农药和染料等）。在该体系中，活性氧的形成机制主要有二种：一是零价铁通过双电子传递路径与O₂反应产生H₂O₂；二是零价铁氧化生成的Fe²⁺通过单电子传递路径与O₂反应产生H₂O₂。然后，生成的Fe²⁺和H₂O₂通过Fenton反应生成羟基自由基（^·OH）。零价铁催化活化分子氧是一个复杂的多相反应过程，受到pH、溶解氧浓度、零价铁比表面积及用量、共存物质以及反应温度等因素的影响。

利用ZVI/O₂体系活化分子氧处理难以生物降解的有机废水，是一种非常理想的技术。由于反应条件温和，产物无毒，在常温常压下就可实现降解的特点，使其相比常规的处理方法在处理污染物方面展现了明显的优越性。但是由于纳米零价铁特殊的理化性质，使其在实际应用中存在以下问题：（1）由于纳米零价铁粒度小、比表面积大、表面能大及自身存在磁性，因而易于团聚；（2）在空气中极易被氧化，形成钝化层而降低活性；（3）由于纳米材料具有一定生物毒性，在实际应用中，纳米零价铁难回收，会形成潜在的二次污染。为了解决这些问题，越来越多的纳米零价铁改性技术应运而生。通过对纳米颗粒进行修饰，可有效抑制团聚，增大比表面积，降低对生态系统造成的负面影响。

对纳米零价铁进行表面包覆是一种有效的抗氧化方法，且能有效防止颗粒长大和团聚。通过对零价铁进行适当的表面包覆处理，可以改善颗粒的分散性和颗粒的表面活性，使颗粒表面获得新的物理、化学、力学性能及新的功能；还可改善颗粒与其他物质之间的相容性。

聚苯胺是一种高分子合成材料，俗称导电塑料，它是一类特种功能材料，具有塑料的密度，又具有金属的导电性和塑料的可加工性，在电子工业、信息工程、国防工程等方面都具有多种用途。聚苯胺也是一种性能良好的表面包覆材料，用于包覆纳米零价铁不仅可以解决纳米零价铁易氧化和易团聚的问题，而且发挥其导电性能，有利于ZVI/O₂体系中电子转移，促进活性氧的形成。

氧化还原介体作为电子传递体，可通过其氧化态与还原态的循环转换加速电子由初级电子供体到最终电子受体的传递，从而使反应速率提高一个到几个数量级。天然有机质、多金属氧酸盐、活性炭和醌类物质等均可以作为氧化还原介体，已经成功应用于氧化降解水中有机污染物。其中醌类物质具有电子转移速率快、可逆性好等优点，有效提高反应的氧化效率。

本发明以聚苯胺包覆型纳米零价铁作为催化剂，活化分子氧原位形成H₂O₂，同时在该体系中加入氧化还原介体，构建稳定、高效的有机废水氧化降解体系。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于聚苯胺包覆型纳米零价铁处理有机废水的方法。本发明的方法具有设备简单、操作方便、成本低廉、无选择性、适用pH值范围较宽（pH为3.0～11.0）等优点。

本发明的技术方案是：一种基于聚苯胺包覆型纳米零价铁处理有机废水的方法，其特征在于：在有机废水中加入一定量的聚苯胺包覆型纳米零价铁作为催化剂，同时，加入一定量的氧化还原介体，并通入空气或者氧气，室温下通过活化分子氧，原位产生H₂O₂，与生成的Fe²⁺形成Fenton反应，对水中的有机污染物进行降解。

所述有机废水的pH值为3.0～11.0。

所述有机废水中分子氧浓度为2.0～8.0mg/L。

所述氧化还原介体包括蒽醌-2-磺酸钠、蒽醌-1-磺酸钠、蒽醌-2,6-二磺酸、核黄素、钴胺素、溴氨酸、对苯二酚、聚对苯二酚、腐殖酸、1-氨基蒽醌和2-氨基蒽醌等，反应体系中氧化还原介体的浓度为10～200mg/L。

当所述有机废水浓度为1.0～30.0mg/L时，聚苯胺包覆型纳米零价铁优化用量为0.5～10.0g/L。