基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法技术

本发明专利技术公开了基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，属于环境污染控制领域。将碳材料加入含有亚硫酸盐的水体中，使所述亚硫酸盐活化；所述亚硫酸盐在碳材料的催化作用下产生硫酸根自由基和亚硫酸根自由基；所述碳材料为葡萄糖在非氧化气氛下煅烧得到。优选地，所述水体中还含有重金属离子和/或有机污染物，所述硫酸根自由基和亚硫酸根自由基氧化所述重金属离子和/或有机污染物。本发明专利技术使用无金属碳材料作为催化剂，其制备方法简单、成本低，可有效活化亚硫酸盐产生亚硫酸自由基和硫酸根自由基用于氧化废水中的重金属和有机污染物，同时去除污水中的亚硫酸盐和其它污染物，并可有效避免金属离子对水体造成二次金属污染的技术问题。

Pollutant control method based on activated sulfite of glucose derived carbon material

【技术实现步骤摘要】
基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法
本专利技术属于环境污染控制领域，更具体地，涉及基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法。
技术介绍
砷是水体中重要的污染物，隶属优先污染物、具有较强的毒性，危害人体健康和环境。在冶金、化工、石油等行业的发展及贫矿开发中，砷伴随主要元素被开发出来，进入废水，成为主要污染物。砷的价态对环境毒性有决定性的影响，三价砷(As(III))是自然环境中最普遍的存在形式，比As(V)具有更强的毒性和迁移性。因此，首先将高毒性和高迁移性的As(III)氧化为低毒性和迁移性As(V)是去除水体中砷的关键步骤。亚硫酸盐是酸雨的主要成分，属于环境中的污染物质，广泛分布在我国酸雨污染区域的水体和土壤中，尤其是我国东南部等酸雨污染较为严重的区域。在食品行业，亚硫酸盐常作为食物保鲜剂、食物漂白和保色剂、食品杀菌抗氧化剂、药物稳定剂的添加成分而广泛存在于食品及加工行业废水中。在石油行业，脱硫过程中使用的废水含有大量的亚硫酸盐，例如用于湿法脱除高硫原油中硫的废水中亚硫酸盐含量可超1000ppm。在化工行业，亚硫酸盐也是电厂锅炉废水、亚硫酸盐造纸工艺废水的主要污染物。亚硫酸盐和As(III)均存在于酸雨污染矿区废水以及食品、化工、石油等行业的废水中，二者均对生物体有较大的危害。砷不仅可引起人体多部位癌变，更甚者会引起器官衰竭，并且在2017年世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中，亚硫酸盐位列3类致癌物(对人类致癌性尚未归类)清单。因此，通过活化亚硫酸盐来降低水中As(III)污染意义重大。亚硫酸盐在过渡金属激发下可产生硫氧酸自由基(包括SO3·-，SO5·-以及SO4·-)用于有机物的降解，除此之外，亚硫酸盐自身也可缓慢反应生成活性较低的SO3·-和SO5·-。最近，金属催化剂活化亚硫酸盐代替各种过二硫酸盐(PS，S2O82-)和过一硫酸盐(PMS，HSO5-)的高级氧化技术成为研究热点，通过活化环境中的污染物质亚硫酸盐来去除水中的有机物和重金属以达到“以废治废”的目的，具有更重要的环境意义。但目前仅停留在使用过渡金属材料(Cr(Ⅵ)、Co(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ))催化剂活化过硫酸盐的研究，过渡金属催化剂活化过硫酸盐的效率普遍不高，且对水体产生二次污染。因此开发具有高效活化亚硫酸盐的非金属材料催化剂具有重要意义。碳材料是世界上应用最广泛的材料，几乎包括了地球上所有物质所具有的性质，如最硬--最软、绝缘体--半导体--超导体、绝热-良导热、吸光--全透光等。随着时代的变迁和科学的进步，碳材料也在不断的发展和应用，其作为一种非金属的环境友好型材料具有无限的可能和较大的发展潜力。但目前活化亚硫酸盐的研究和报道仅限于过渡金属活化，为了更好的实现“以废治废”的设想，采用环境友好型的非金属碳材料活化亚硫酸盐是一种更实用更具有发展潜力的新技术。
技术实现思路
本专利技术解决了现有技术中使用高浓度过渡金属活化亚硫酸盐的催化效率普遍不高，且对水体产生二次污染的技术问题。提供了一种葡萄糖煅烧得到的碳材料活化亚硫酸盐的应用。本专利技术使用无金属碳材料作为催化剂，其制备方法简单、成本低，可有效活化亚硫酸盐产生亚硫酸自由基和硫酸根自由基用于氧化废水中的重金属和有机污染物，并避免了金属离子对水体造成二次金属污染的技术问题。根据本专利技术的目的，提供了一种基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，将碳材料加入含有亚硫酸盐的水体中，使所述亚硫酸盐活化；所述亚硫酸盐在碳材料的催化作用下产生硫酸根自由基和亚硫酸根自由基；所述碳材料为含有葡萄糖的原材料在非氧化气氛下煅烧得到。优选地，所述水体中还含有重金属离子和/或有机污染物，所述硫酸根自由基和亚硫酸根自由基用于氧化所述重金属离子和/或有机污染物。优选地，所述重金属离子为砷离子、镉离子和锰离子中的至少一种，所述有机污染物为苯酚、对硝基苯酚和磺胺甲恶唑中的至少一种。优选地，所述重金属离子的浓度不高于100μmol/L。优选地，所述碳材料的质量比上亚硫酸盐物质的量为0.0125g/mmol-0.25g/mmol。优选地，所述水体的pH为3-6.5。优选地，所述煅烧的温度为800℃-1100℃，所述煅烧的时间为60min-240min。优选地，所述水体为酸雨。优选地，所述原材料中还含有纤维素。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术以碳材料作为催化剂，活化亚硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4·-)，亚硫酸根自由基(SO3·-)，用于去除废水中的污染物，对降低水中重金属离子如As(III)污染效果显著。方法所需的碳材料为无金属碳材料，其来源广泛且成本低、制备方法简单、能耗少，而且专利技术方法中活化的亚硫酸盐属于环境中的污染物质，为酸雨主要成分，广泛分布于我国存在酸雨污染的区域，尤其是我国东南部酸雨污染严重区域。此外，亚硫酸盐也大量存在于食品加工行业废水，脱硫废水，造纸废水，锅炉废水等各类污染水体中。本专利技术方法可有效活化污染水体中的亚硫酸盐，将其去除并同时氧化废水中的重金属离子如As(Ⅲ)和有机物污染物，为活化亚硫酸盐提供一种不引入二次污染的新途径，从而实现“以废治废”的目的。从环境保护与治理方面来说，具有较大的意义和广阔的应用前景。(2)目前用于亚硫酸盐活化的研究均为过渡金属及其改良后的金属氧化物负载材料，没有发现无金属碳材料有效活化亚硫酸盐的研究先例。本专利技术采用无金属碳材料直接用于亚硫酸盐的有效活化，0.1g/L的碳材料在60min时就可活化分解0.4mM的亚硫酸盐，因此本专利技术可用以填补无金属碳材料活化亚硫酸盐用于水中污染物处理的空白。(3)本专利技术方法仅添加碳材料作为催化剂，所用碳材料也为由生物质煅烧得到的只含有C、H、O三种元素的不含其它杂离子的环境友好型材料，不需要添加其他化学试剂，不会引入金属离子，可有效避免对水体造成二次污染的技术问题，同时降低处理成本。(4)本专利技术中亚硫酸盐活化效果良好，被活化的亚硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4·-)和亚硫酸根自由基(SO3·-)。硫酸根自由基带有极强的标准电极电势，具有较强的氧化能力，亚硫酸自由基的氧化能力弱于硫酸自由基。二者在溶液中的适用范围较为广泛，在pH＝2-7的条件下，硫酸根自由基与亚硫酸根自由基产生后能持续长时间存在，属于在水中较稳定的持久性自由基，因此可以用于氧化分解绝大多数的有机物以及重金属的氧化。(5)本专利技术中活化后的亚硫酸盐在酸性以及近中性条件下除了可以有效氧化重金属As(III)和Mn(II)，也可以有效促进Cr(Ⅵ)和离子的还原，从而降低水中重金属的污染。(6)本专利技术通过提供无金属活化亚硫酸盐氧化水体中重金属如As(III)的方法，以非金属碳材料做为催化剂，可同时去除污染水体中的亚硫酸盐和重金属如As(III)，实现了“以废治废”的目的，具有较好的环境保护意义和应用前景。(7)本专利技术使用的碳材料采用一步煅烧法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，其特征在于，将碳材料加入含有亚硫酸盐的水体中，使所述亚硫酸盐活化；所述亚硫酸盐在碳材料的催化作用下产生硫酸根自由基和亚硫酸根自由基；所述碳材料为含有葡萄糖的原材料在非氧化气氛下煅烧得到。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，其特征在于，将碳材料加入含有亚硫酸盐的水体中，使所述亚硫酸盐活化；所述亚硫酸盐在碳材料的催化作用下产生硫酸根自由基和亚硫酸根自由基；所述碳材料为含有葡萄糖的原材料在非氧化气氛下煅烧得到。


2.如权利要求1所述的基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，其特征在于，所述水体中还含有重金属离子和/或有机污染物，所述硫酸根自由基和亚硫酸根自由基用于氧化所述重金属离子和/或有机污染物。


3.如权利要求2所述的基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，其特征在于，所述重金属离子为砷离子、镉离子和锰离子中的至少一种，所述有机污染物为苯酚、对硝基苯酚和磺胺甲恶唑中的至少一种。


4.如权利要求3所述的基于葡萄糖衍生碳材料活化亚硫酸盐的污染物治理方法，其特征在于，所述重金属离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：张延荣，张玉，孙鹏，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42