[发明专利]一种催化活化溴酸盐产生超氧阴离子自由基的方法及该方法所产生超氧阴离子自由基的应用

说明书

本发明涉及无机化学及环境化学技术领域，具体公开了一种催化活化溴酸盐产生超氧阴离子自由基的方法及该方法所产生超氧阴离子自由基的应用，即通过过渡金属或其化合物作为催化剂催化溴酸盐产生超氧阴离子自由基；该方法可以通过控制溴酸盐的浓度、反应pH、催化剂的浓度和种类调控超氧阴离子自由基的产生量；本发明的方法可应用于有机污染物的转化和消除，也能用于溴酸盐和有机复合污染废水的处理，本发明具有原理简单、操作简便、pH适用范围广等优点。

技术领域

本发明涉及无机化学领域，具体是一种催化活化溴酸盐产生超氧阴离子自由基的方法及该方法所产生超氧阴离子自由基的应用。

背景技术

溴酸盐是一种致癌物，其排放浓度在地表水和地下水中都有严格的控制标准。同时，作为一种非金属氧酸盐，其氧化还原电位为1.52V(BrO₃^-+6H⁺+5e^-→1/2Br₂+3H₂O)，可与铵盐(R.Hofmann,R.C.Andrews,Water Research,2006,40,3343-3348)、零价铁(L.Xie,C.Shang,Chemosphere,2007,66,1652-1659)和亚铜(P.Y.Chen,H.H.Yang,C.C.Huang,Y.H.Chen,Y.Shih,Electrochimica Acta,2015,161,100-107)等反应，但在这些体系中并未观察到含氧自由基的产生。Shen等在Fe@Fe₂O₃还原溴酸盐的过程中发现有超氧自由基等自由基的产生，但这些自由基来源于Fe@Fe₂O₃对溶解氧的活化，而非来源于溴酸盐的分解(W.Shen,F.Lin,X.Jiang,H.Li,Z.Ai,L.Zhang,Chemical Engineering Journal,2017,308,880-888)。Nie等报道了β-FeOOH/Al₂O₃可以将溴酸盐还原为溴离子，但他们并未报道体系中的羟自由基和超氧自由基来源于溴酸盐的分解。相反，他们发现这些自由基产生于臭氧的催化分解(Y.Nie,C.Hu,N.Li,L.Yang,J.Qu,Applied Catalysis B:Environmental,2014,147,287-292)。Qiao等通过溴酸盐与亚硫酸盐的反应，产生亚硫酸根自由基。在有氧条件下，通过亚硫酸根自由基与氧分子的反应可进一步产生其他自由基如硫酸根自由基。但需要注意的是，这些自由基的来源是亚硫酸根和溶解氧，而非溴酸盐(J.Qiao,L.Feng,H.Dong,Z.Zhao,X.Guan,Environmental sciencetechnology,2019,53,10320-10328)。因此，如何在无需外加其他氧化剂或溶解氧的情况下，仅以溴酸盐作为氧化剂通过催化剂来催化产生超氧阴离子自由基是本发明研究的重要内容。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供了一种催化活化溴酸盐产生超氧阴离子自由基的方法及该方法所产生超氧阴离子自由基的应用，本发明无需外加其他氧化剂或溶解氧，仅以溴酸盐作为氧化剂通过金属催化剂催化即可产生超氧阴离子自由基；本发明产生的超氧阴离子自由基可应用于有机污染物的转化和消除，也能用于溴酸盐和有机复合污染废水的处理；本发明具有原理简单、操作简便、pH适用范围广等优点。

本发明提供的一种催化活化溴酸盐产生超氧阴离子自由基的方法，所述超氧阴离子自由基是采用过渡金属或所述过渡金属的化合物作为催化剂催化溴酸盐反应产生。

优选地，本发明包括如下步骤：在含有溴酸盐的溶液中加入催化剂，调节pH值到预定值，搅拌反应即可产生超氧阴离子自由基。

优选地，所述的溴酸盐为溴酸钠(NaBrO₃)、溴酸钾(KBrO₃)、亚溴酸钠(NaBrO₂)和亚溴酸钾(KBrO₂)中的任意一种或几种。