[发明专利]一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法

说明书

本发明公开了一种用改性沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类药物的方法，包括步骤：S1.催化剂制备：将人造沸石磨成细粉，经酸洗、水洗、烘干后，置于硫酸亚铁溶液中浸泡一段时间，离心分离，所得固体用去离子水洗涤并干燥；S2.氧化反应：将配制好的过氧乙酸溶液加入磺胺甲恶唑废水中，调节废水初始pH，加入适量催化剂，在常温常压、搅拌条件下进行氧化反应。本发明采用的催化材料制备简单，易保存，活化效率高，活性组分溶出率低；活化过氧乙酸体系氧化性强且处理过程兼具杀菌功能，实现了废水的深度处理和消毒处理功能的结合，与现代污水处理厂工艺兼容性较强，磺胺甲恶唑降解效率高且反应条件温和、成本低、适用于工业化大规模废水处理。

技术领域

本发明涉及一种基于活化过氧乙酸的高级氧化方法，具体是一种利用Fe²⁺/人造沸石活化过氧乙酸去除水中磺胺类抗生素的方法。

背景技术

磺胺类抗生素主要应用于医疗、养殖等领域，在环境中具较强迁移能力，是水环境中主要的抗生素污染物之一。目前，我国地表水中磺胺类抗生素已达到ng/L水平。尤其是磺胺甲恶唑，其在部分水体中的含量甚至超过上百ng/L。在污水处理厂进水中，磺胺类抗生素浓度更高。由于此类污染物在水体中的存在已严重威胁水生动植物的生存及人体健康，有必要研发高效、环保的技术对其进行有效治理。

目前，去除水体中磺胺类抗生素的方法有：混凝浮选法、活性炭吸附法、活性污泥法、生物膜法、高级氧化法等。大体上可分为生物、物理化学和化学处理技术三大类。然而物化处理技术选择性较差，处理过程只是单纯的转移、浓缩污染物的过程，存在二次污染；虽然已有文献报道生物降解也是一种去除磺胺类抗生素的途径，但菌株培养过程较长，应用中可能会受到其他菌类的抑制，现阶段难以达到工业化应用要求。与上述方法相比，高级氧化技术具有适用范围广、处理效率高等特点，且处理过程改变了污染物的化学结构，使其转化为无害无机物或易被生物降解的小分子有机物，具有显著优势。

然而，高级氧化亦存在处理成本高或难以工业化等问题。尤其针对磺胺类抗生素这类新型PPCPs污染物，常规污水处理厂很难在现有处理过程中融合具有针对性的净化工艺。因此，选择应用成本低、二次污染小且与现代污水处理厂净水工艺契合能力强的高级氧化技术是目前去除水中磺胺类抗生素的关键突破口之一。迄今为止，高级氧化技术采用的主流氧化剂为过氧化氢，其产生的羟基自由基可将有机污染物快速矿化，而自身转变为H₂O和O₂，二次污染极小。但过氧化氢的运输和保存条件较为严苛，且反应过程易受到环境温度和反应pH的影响，通常需在酸性氛围中才能显示出较强氧化性，增加了运行成本和管理难度。近年来，过氧乙酸(PAA)作为一种杀灭效率高、不产生有毒的消毒副产物、适宜温度范围广的高效杀菌剂已被广泛应用于水处理中，并有逐渐取代传统氯消毒的趋势，但将其用于高级氧化处理污水的研究还鲜有报道。过氧乙酸结构与过氧化氢相近，含有O-O键，与双氧水中的H相比，CH₃COO-基团的吸电子能力更强，因此过氧乙酸中的O-O键略强于双氧水中的O-O键，稳定性较高，低浓度溶液易储存。若采用适当技术增强过氧乙酸体系的氧化能力，结合其较强的消毒功能，可与现代污水处理厂工艺良好耦合，具有较好发展前景。

采用适宜的活化法使过氧乙酸的O-O键断裂产生CH₃COO·、CH₃CO₃·和HO·等自由基可大幅增强体系氧化能力。目前常用的活化法包括热活化、光活化、过渡金属活化等。相比能量活化，Fe²⁺活化技术应用成本低、激活效率高，更易于工业化应用。然而，Fe²⁺易被溶解氧等氧化而失效，Fe²⁺利用效率低，因此基于Fe²⁺的均相活化技术通常需求酸性氛围。此外，Fe²⁺溶液的保存难度较大，一般需要在使用前临时配制。相比之下，非均相催化剂中，铁源稳定存在于材料内部结构，受pH等限制程度较低，反应亦少有氢氧化物沉淀产生，金属溶出率低，材料重复利用性好，实用性更强。非均相活化技术的核心是制备高效、廉价的催化剂。