一种高效控制水中有机胂污染的方法技术

本发明专利技术属于水处理技术领域，具体涉及一种利用层状双金属氢氧化物(LDHs)催化臭氧去除水中有机胂的方法，能够高效控制水中有机胂污染。本发明专利技术旨在针对水中高毒性有机胂的去除问题，探寻一种高效、绿色、经济的方法。本发明专利技术通过以下步骤来实现：一、制备MnFe‑LDHs；二、原水的净化；三、采用高速离心或过滤方法回收MnFe‑LDHs，即可完成利用LDHs催化臭氧去除水中有机胂的方法。使用本发明专利技术的MnFe‑LDHs既可以高效催化臭氧去除水中有机胂化合物(去除率超过98％)，同时可以高效富集降解过程中释放的无机砷(去除率超过99.9％)，实现水中有机胂污染的安全控制。使用过程中金属离子溶出率极低，不会造成二次污染；本发明专利技术使用的固体催化剂可通过过滤分离且循环使用，降低运行成本。

An Efficient Method for Controlling Organic Arsenic Pollution in Water

【技术实现步骤摘要】
一种高效控制水中有机胂污染的方法
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种利用层状双金属氢氧化物(LDHs)催化臭氧去除水中有机胂的方法，能够高效控制水中有机胂污染。
技术介绍
长期以来，畜禽养殖业中被广泛作为饲料添加剂使用的芳香族有机胂化合物(AOCs)没有得到足够的重视和严格的管理。AOCs摄入畜禽体内后几乎不发生代谢，超过90％会以原来的形式通过粪便排出体外。由于畜禽粪便中富含营养物质，通常经过堆积后作为肥料施用于附近农田。然而，AOCs具有相当高的水溶性，随着农田灌溉和雨水冲刷，肥料中的AOCs可以通过淋溶作用转移到地下水和地表水中。据报道，畜禽粪便中约57％的砷可以通过农田径流进入天然水体。从取自珠江三角洲某养猪场附近地表水水样中检出的阿散酸(p-ASA)浓度达到0.53～2.6μg/L。在流经畜禽粪便改良土壤的径流中检出的洛克沙胂(ROX)浓度高达1.07mg/L。虽然AOCs的毒性很低，低剂量下对人体基本没有危害，但是在水环境中它们可以通过生物和非生物转化途径生成具有剧毒性、高致癌性和强转移性的无机砷。因此，亟需寻找有效处理方法解决环境中有机胂的污染问题。催化臭氧氧化技术是具有应用前景的难降解有机污染物氧化去除热点技术，即通过加入一些催化剂，促使反应体系中产生大量高氧化活性的羟基自由基(·OH)，达到降解水中有机污染物的目的。根据催化剂的不同，该技术分为均相催化臭氧氧化和非均相催化臭氧氧化。均相催化臭氧氧化常用的催化剂一般为过渡金属离子，如：Mn2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Zn2+、Co2+等。均相催化剂具有较快的反应速度、较高的反应活性等优点，但是在反应后，金属离子溶解于水中，导致催化剂大量流失，造成了经济的损失以及对环境的污染。与均相催化臭氧氧化相比，非均相催化臭氧氧化不仅能够提高有机物的去除效率，同时具有操作简单、维护方便、无二次污染等特点，因此在水处理过程中具有广阔的应用前景和开发潜力。层状双金属氢氧化物(LDHs)具有独特的层状结构、酸碱性、强吸附性以及层间阴离子交换能力，在催化领域具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术旨在解决水中有机胂污染的安全控制问题，首次提出了一种利用LDHs催化臭氧去除水中有机胂的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高效控制水中有机胂污染的方法，所述方法包括如下步骤：第一步：制备MnFe-LDHsS1、将Mn(NO3)2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O投加到去离子水中搅拌至完全溶解；S2、在搅拌的条件下，将NaOH和Na2CO3混合溶液逐滴滴加到步骤S1的混合溶液中调节其pH为9.8～10.1；S3、将步骤S2的混合溶液在60℃的水浴中老化4h，维持混合溶液的pH为9.8～10.1；S4、过滤步骤S3的混合溶液，将过滤所得的沉淀依次用乙醇和去离子水冲洗若干次，将冲洗干净后的沉淀置于60℃的烘箱中真空干燥过夜，即得MnFe-LDHs；第二步：原水的净化S5、将含有阿散酸的原水置于反应器中，向其中加入步骤S4制得的MnFe-LDHs，并用磁力搅拌器充分搅拌20～40min，以达到吸附平衡，然后往反应器中通入臭氧反应5～30min，能够实现原水中阿散酸的高效去除以及释放的无机砷的高效富集；第三步：MnFe-LDHs的回收S6、采用高速离心或过滤的方法将MnFe-LDHs回收，并依次用乙醇和去离子清洗若干次，将清洗干净的MnFe-LDHs置于60℃的烘箱中真空干燥。作为优选，步骤S1中所述Mn(NO3)2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O的摩尔比为1～1.5:1～1.5，更优选的为1:1。作为优选，步骤S2中所述NaOH与Na2CO3的摩尔比为3～4:1，更优选的为3.5:1。作为优选，步骤S5中所述MnFe-LDHs的投加量mg与原水的体积L之比为10～500:1。作为优选，步骤S5中所述臭氧以纯氧制备而成，所述臭氧通过砂芯曝气头从反应器底部通入，保持反应器内的温度为15～45℃，反应器内溶液的pH为3～11。作为优选，所述臭氧的流速为0.1～1.0L/min。作为优选，采用高速离心法回收MnFe-LDHs时离心机的转速为13000～16000r/min，更优选的为15000r/min。本专利技术原理：目前，水体中去除有机胂的方法主要有吸附法和一些高级氧化技术包括UV/H2O2、UV/TiO2、UV/O3、Fenton氧化法等，但是这些技术只是实现了有机胂向无机砷的氧化转化，并未彻底将砷污染物从水体中去除。LDHs是一大类重要的具有超分子插层结构的新型无机功能材料，具有独特的空间结构以及较高的离子交换容量。MnFe-LDHs的层间阴离子交换特性有利于臭氧和无机砷进入其中间层，加速臭氧的催化分解以及释放的无机砷的富集；高比表面积能够提供大量的催化和吸附活性位点，有利于臭氧的催化以及释放的无机砷的吸附；规整有序的开放性孔道、尺寸可调的孔径则可为催化和吸附反应提供物质传输路径，有利于AOCs以及释放的无机砷扩散至活性位点。所开发的MnFe-LDHs是一种绿色、高效、稳定的多功能固体材料，能够实现水中AOCs的安全控制。本专利技术的有益效果是：一、本专利技术的MnFe-LDHs具备层间阴离子交换特性及其层板上所含有的氢氧基团，有利于催化臭氧分解以及释放的无机砷的吸附；二、本专利技术的MnFe-LDHs经使用后可回收再利用，降低了运行成本；三、本专利技术操作简单，易于实现；四、本专利技术所采用的方法金属离子溶出浓度极低，二次污染极小；五、本专利技术能有效地去除水中阿散酸(对氨基苯胂酸)，去除率高达95％以上，同时基本没有无机砷检出。附图说明图1为不同工艺对阿散酸的去除效果图；图2为本专利技术实施例7十次回用MnFe-LDHs催化臭氧化降解阿散酸的效果图。具体实施方式下面通过实施例，结合附图，对本专利技术的技术方案进一步阐述说明。实施例1：一种高效控制水中有机胂污染的方法，所述方法包括如下步骤：第一步：制备MnFe-LDHsS1、将摩尔比为1:1的Mn(NO3)2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O投加到去离子水中搅拌至完全溶解；S2、在搅拌的条件下，将摩尔比3.5:1的NaOH和Na2CO3混合溶液逐滴滴加到步骤S1的混合溶液中调节其pH为9.8～10.1；S3、将步骤S2的混合溶液在60℃的水浴中老化4h，维持混合溶液的pH为9.8～10.1；S4、过滤步骤S3的混合溶液，将过滤所得的沉淀依次用乙醇和去离子水冲洗若干次，将冲洗干净后的沉淀置于60℃的烘箱中真空干燥过夜，即得MnFe-LDHs；第二步：原水的净化S5、将原水置于反应器中，原水的体积为500mL，原水中阿散酸的浓度为1.2mg/L，向其中加入10mg步骤S4制得的MnFe-LDHs，并用磁力搅拌器充分搅拌30min，以达到吸附平衡，以纯氧制备臭氧，通过砂芯曝气头从反应器底部通入，保持反应温度45℃以及pH为7的条件下反应30min，臭氧流速为0.5L/min，能够实现原水中阿散酸的高效去除以及释放的无机砷的高效富集；第三步：MnFe-LDHs的回收S6、采用高速离心法将MnFe-LDHs回收，离心机转速为15000r/min，并依次用乙醇和去离子清洗若干次，将清洗干净的MnFe-LDHs置于6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效控制水中有机胂污染的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一步：制备MnFe‑LDHsS1、将Mn(NO3)2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O投加到去离子水中搅拌至完全溶解；S2、在搅拌的条件下，将NaOH和Na2CO3的混合溶液逐滴滴加到步骤S1的混合溶液中调节其pH为9.8～10.1；S3、将步骤S2的混合溶液在60℃的水浴中老化4h，维持混合溶液的pH为9.8～10.1；S4、过滤步骤S3的混合溶液，将过滤所得的沉淀依次用乙醇和去离子水冲洗若干次，将冲洗干净后的沉淀置于60℃的烘箱中真空干燥过夜，即得MnFe‑LDHs；第二步：原水的净化S5、将含阿散酸的原水置于反应器中，向其中加入步骤S4制得的MnFe‑LDHs，并用磁力搅拌器充分搅拌20～40min，以达到吸附平衡，然后往反应器中通入臭氧反应5～30min，能够实现原水中阿散酸的高效去除以及释放的无机砷的高效富集；第三步：MnFe‑LDHs的回收S6、采用高速离心或过滤的方法将MnFe‑LDHs回收，并依次用乙醇和去离子清洗若干次，将清洗干净的MnFe‑LDHs置于60℃的烘箱中真空干燥。

【技术特征摘要】
1.一种高效控制水中有机胂污染的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一步：制备MnFe-LDHsS1、将Mn(NO3)2·4H2O和Fe(NO3)3·9H2O投加到去离子水中搅拌至完全溶解；S2、在搅拌的条件下，将NaOH和Na2CO3的混合溶液逐滴滴加到步骤S1的混合溶液中调节其pH为9.8～10.1；S3、将步骤S2的混合溶液在60℃的水浴中老化4h，维持混合溶液的pH为9.8～10.1；S4、过滤步骤S3的混合溶液，将过滤所得的沉淀依次用乙醇和去离子水冲洗若干次，将冲洗干净后的沉淀置于60℃的烘箱中真空干燥过夜，即得MnFe-LDHs；第二步：原水的净化S5、将含阿散酸的原水置于反应器中，向其中加入步骤S4制得的MnFe-LDHs，并用磁力搅拌器充分搅拌20～40min，以达到吸附平衡，然后往反应器中通入臭氧反应5～30min，能够实现原水中阿散酸的高效去除以及释放的无机砷的高效富集；第三步：MnFe-LDHs的回收S6、采用高速离心或过滤的方法将MnFe-LDHs回收，并依次用乙醇和去离子清洗若干次，将清洗干净的Mn...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓靖，陈胜男，周石庆，蔡安洪，阮书瑜，陈吴傲啸，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33