[发明专利]过渡金属氢氧化物或氧化物催化零价铁去除水中亚硝基二甲胺的水处理方法

说明书

本发明属于水处理领域，特别涉及一种过渡金属氢氧化物或氧化物催化零价铁去除水中亚硝基二甲胺的水处理方法。本发明所述方法为向含有亚硝基二甲胺的水中，共同加入零价铁和催化剂，所述催化剂为过渡金属的氢氧化物或氧化物，随后放入旋转培养器中以一定转速避光旋转反应一定时间，从而使得零价铁在过渡金属氢氧化物或氧化物的催化下有效地去除水中存在的亚硝基二甲胺。本发明方法在采用10g·L^‑1铁粉和5mmol·L^‑1的过渡金属氢氧化物或氧化物的混合物时，对初始浓度为100μg·L^‑1的NDMA的去除率能够达到99％以上。

技术领域

本发明属于水处理领域，特别涉及一种过渡金属氢氧化物或氧化物催化零价铁去除水中亚硝基二甲胺的水处理方法。

背景技术

亚硝基二甲胺(NDMA)是一种在原水中存在并在水处理消毒工艺后产生的新型、微量、高致癌风险的物质。NDMA的毒性极强，因此被国际癌症研发结构(IRAC)认证为2A级，被美国环境保护署综合风险信息系统(US EPA IRIS)列为B2级。1989年，研究者首次在加拿大安大略湖饮用水发现了NDMA，随后在美国、日本的水厂也相继被检测出。中国的饮用水中也监测到了NDMA。2009年在上海的管网中首次检测出了NDMA，其质量浓度为78.93ng·L^-1。清华大学对我国饮用水系统中亚硝胺类消毒副产物进行的普查结果表明中国是世界上亚硝胺检出种类最多的国家，其中NDMA的浓度最高。若饮用水中存在NDMA，即使浓度很低，也会有产生遗传毒性的风险。鉴于NDMA低浓度就有很强的毒性，寻找一种简单易行的技术控制水中的NDMA是非常有必要的。

由于NDMA具有高溶解性、低挥发性和较小的辛醇/水分配系数、分子小且不带电的特殊理化性质，常用的处理手段如自然挥发、气提、土壤和活性炭吸附、反渗透等都不能对其进行有效去除。因此，就需要采用强化处理技术对其进行控制，现在主要有生物法、膜处理、吸附、臭氧氧化、紫外光解和零价铁还原等方法。生物法由于去除效果良好和成本低受到了关注，但是运行条件难度不易把握。除了反渗透膜外，超滤、纳滤等对去除NDMA都没有效果，反渗透膜的高成本限制了其的广泛应用。普通的物理吸附如常规的颗粒活性炭不能有效去除NDMA。臭氧不能直接和NDMA反应达到去除的目的，需要通过和过氧化氢或者紫外联用产生羟基自由基从而受到自由基抑制剂的限制。紫外由于具有体积小、无噪音、不产生气体的优点是目前运用最广泛的去除NDMA的方法，但是，如果要达到去除NDMA的效果，紫外功率需要提升至平时功率的10倍，使得费用变得昂贵。

综上所述，为了在实际水处理中能够得以应用，需要建立一种新的能有效去除水中NDMA的简单易行的水处理方法。零价铁还原技术原料来源广泛，廉价易得，已被应用于去除NDMA。但其反应时间长，去除率不高，达不到满意的标准。如果能找出一种物质能催化零价铁还原从而有效降解NDMA，将会成为一种新的简单易行的水处理技术。过渡金属氢氧化物或氧化物由于金属阳离子的d电子层容易失去电子或得到电子，可作为氧化还原反应的催化剂。其中，四氧化三钴为AB₂O₄型尖晶石结构晶体，和Fe₃O₄相似，可以看作是氧化钴(CoO)和氧化高钴(Co₂O₃)的化合物，其结构中既有二价钴又有三价钴，用途广泛；氢氧化钴为一种两性氢氧化物，不溶于水，能溶于酸及铵盐溶液，用途广泛；氢氧化镍是一种过渡族金属元素的氢氧化物，为还原性氢氧化物，具有多种纳米材料形貌，活性高，比表面积大，价格低廉的优点。这三种过渡金属氢氧化物或氧化物是常用的催化剂，使用其催化零价铁有效去除NDMA将成为新的简单易行的水处理技术。因此本申请提出采用过渡金属氧氢化物或氧化物中四氧化三钴、氢氧化钴和氢氧化镍催化零价铁去除水中NDMA的水处理方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术问题的不足，提供一种过渡金属氢氧化物或氧化物催化零价铁去除水中亚硝基二甲胺的水处理方法，从而控制水中高致癌性物质亚硝基二甲胺(NDMA)的含量，保障饮用水安全。