一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法技术

本发明专利技术涉及水处理技术领域，公开一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，包括步骤：将有机废水装入反应器中，通入臭氧，并投入钛酸镁，催化臭氧降解有机废水中的污染物，所用的钛酸镁为MgTiO

A method of water treatment by ozonation catalyzed by magnesium titanate

【技术实现步骤摘要】
一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法
本专利技术涉及水处理
，具体涉及一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法。
技术介绍
近年来，工业化快速发展带来的工业废水污染问题日趋严重，这些污染物通常具有浓度高、毒性大、可生化性差等特点。针对如何高效治理废水这一难题，现阶段较为成熟的深度处理技术主要包括：生物降解、吸附技术、混凝沉淀技术、电化学技术、膜技术、高级氧化技术等。其中生物降解处理速度慢、占地大且对进水水质有一定要求；吸附技术具有高效、操作简单的优点，但是需要吸附剂的再生；混凝沉淀技术操作简单，成本低，占地小，但是产泥量极大，需要再次处理；电化学技术虽然有高效、无选择性、无二次污染的特点，然而其成本极高，难以推广应用；膜技术能够有效去除水中大部分污染物，但是处理浓度的限制和膜污染问题限制了其应用。高级氧化技术因其具有绿色、高效、适用性广等优点迅速发展。臭氧自1785年发现以来，作为一种强氧化剂，对环境的友好性和潜在的应用性，应用于水处理研究已有一个世纪。但采用单独臭氧氧化时，存在氧化不彻底导致废水矿化效率及臭氧的利用率偏低等难题。催化臭氧化技术是一种新型的在常温常压下将那些难以用臭氧单独氧化或降解的有机物氧化的方法。催化臭氧化分为均相催化和非均相催化，其中非均相催化臭氧化因为反应之后催化剂和废水易分离，正成为研究的重点。非均相催化剂主要有金属氧化物、负载于载体上的金属或金属氧化物、天然矿物以及活性炭等类型。催化臭氧化技术利用反应过程中产生的大量强氧化性自由基(羟基自由基)来氧化分解水中有机物从而达到水质净化。目前，该类技术主要有以下几种形式：(1)O3/H2O2；(2)O3/UV；(3)O3/超声波；(4)O3/金属离子；(5)O3/固体催化剂等。过氧化氢催化臭氧化研究较多，且在实际中也得到了广泛应用，但是多数O3/H2O2氧化技术都是在中性或碱性条件下才具有较高的去除率。专利技术人在此之前研究过以双氧水和含有Ti4+的可溶性化合物催化臭氧分解废水中污染物，在CN101717146A公开了一种催化臭氧氧化水处理的方法，包括步骤：(1)控制含有有机物的废水的pH在0.5～3.5，加入过氧化氢和含有Ti4+的可溶性化合物，搅拌溶解得到混合溶液；所述的有机物选自下列一种或任意几种的组合：乙酸、苯乙酮、草酸、甲苯；所述废水中含有的有机物、H2O2、Ti4+的投料质量比为1：0.05～2.0：0.01～0.5；(2)将步骤(1)所得混合溶液加入臭氧反应器中，并通入臭氧进行降解反应。该专利技术中采用的含有Ti4+的可溶性化合物主要为硫酸氧钛或四氧化钛，在pH0.5～3.5范围内可达到较好催化效果。但所适用的pH值范围较窄，效率提高并不明显，同时采用的Ti4+/H2O2为一次性耗品，不可能重复利用，会引起反应后的钛离子回收及对水体二次污染等问题。因此高效催化臭氧氧化水处理的方法仍需继续探索。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了解决现有技术中臭氧氧化水处理方法的臭氧利用率低、pH使用范围窄的问题，提供一种高催化活性，pH适用范围广的钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，包括步骤：将有机废水装入反应器中，通入臭氧，并投入钛酸镁，催化臭氧降解有机废水中的污染物。不同于过氧化氢催化臭氧氧化水处理，过氧化氢催化臭氧氧化水处理过程中，过氧化氢要先和水反应后再对臭氧进行催化，极易受到体系的pH值影响，过氧化氢催化臭氧过程如下：O3+H2O-→·OH+O2-+O2而本专利技术中钛酸镁直接诱导臭氧分解产生羟基自由基，所述的钛酸镁为偏钛酸镁(MgTiO3)、正钛酸镁(Mg2TiO4)或其混合物，由于其均可在一定程度上促进臭氧分解水中污染物。MgTiO3催化臭氧去除有机物反应机理为：MgTiO3-S+O3→MgTiO3-SO·+O2MgTiO3-SO·+2H2O+O3→MgTiO3-S(·OH)2+3·OH+2O2·OH+有机物→CO2+H2O+降解产物其中MgTiO3-S指MgTiO3的表面，MgTiO3-SO·指MgTiO3的表面带有氧自由基，MgTiO3-S(·OH)2指MgTiO3的表面带有羟基自由基，其还可以与有机物反应，起到降解作用。Mg2TiO4催化臭氧去除有机物反应机理为：Mg2TiO4-S+O3→Mg2TiO4-SO·+O2Mg2TiO4-SO·+2H2O+O3→Mg2TiO4-S(·OH)2+3·OH+2O2·OH+有机物→CO2+H2O+降解产物其中Mg2TiO4-S指Mg2TiO4的表面，Mg2TiO4-SO·指Mg2TiO4的表面带有氧自由基，Mg2TiO4-S(·OH)2指Mg2TiO4的表面带有羟基自由基，同样其也可以与有机物反应，起到降解作用。可见钛酸镁是直接对臭氧产生催化作用，催化效率高，可不受体系的pH的影响，钛酸镁不仅能在碱性条件下稳定存在，在酸性条件下也具有一定的稳定性。因此在有机废水的pH值为3.0～9.0范围内均有效。所述钛酸镁的粒径为10～100nm，优选粒径为50～80nm的钛酸镁。水处理过程中，以有机废水量计，所述臭氧的通入量为0.1～100mg/L，臭氧浓度变化对水处理效率影响较大，优选臭氧的浓度为10～100mg/L，随着臭氧浓度的增加，有机污染物降解效率逐步提升。水处理过程中，以有机废水量计，所述钛酸镁的投入量为0.1～5g/L，钛酸镁促进臭氧转化为具有很强氧化能力的羟基自由基，强化分解水中有机污染物，特别是高稳定性有毒有害的有机污染物，如农药、卤代有机物、硝基化合物等。在加入钛酸镁后，对这些污染物的去除率、矿化度等对比单独臭氧时均有较大程度的提升。以有机废水量计，所述的臭氧的浓度为10～100mg/L；所述钛酸镁的投入量为0.5～2g/L。所述有机废水在反应器中停留时间为5～60min。去除效率随着时间的增加逐步提高，之后提高速率减慢。以有机废水量计，所述的臭氧的浓度为10～80mg/L；所述钛酸镁的投入量为0.5～2g/L；所述有机废水的pH值为3.0～9.0；所述有机废水在反应器中停留时间为5～60min。在各项范围内，钛酸镁催化臭氧对有机废水中的污染物降解效率最高。水处理过程中，可采用无机酸和无机碱对有机废水的pH值调节，优选硫酸和氢氧化钠。所述的有机废水为工业中以有机污染物为主的废水，含有乙酸、N,N-二甲基甲酰胺、苯乙酮、草酸、甲苯中至少一种。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用的钛酸镁诱发臭氧分解能力强，提高臭氧利用率，水处理效率高；(2)本专利技术的处理方法pH适用范围广，采用钛酸镁做催化剂，避免在水质中引入新的污染源，绿色无毒无污染；(3)本专利技术的催化剂钛酸镁为固体，易于回收和运输，可重复多次利用，节约成本。附图说明图1为实施例1-5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，包括步骤：/n将有机废水装入反应器中，通入臭氧，并投入钛酸镁，催化臭氧降解有机废水中的污染物。/n

【技术特征摘要】
1.一种钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，包括步骤：
将有机废水装入反应器中，通入臭氧，并投入钛酸镁，催化臭氧降解有机废水中的污染物。


2.根据权利要求1所述的钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，其特征在于，所述的钛酸镁为MgTiO3、Mg2TiO4或其混合物。


3.根据权利要求1或2所述的钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，其特征在于，所述钛酸镁的粒径为10～100nm。


4.根据权利要求1所述的钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，其特征在于，以有机废水量计，所述臭氧的通入量为0.1～100mg/L。


5.根据权利要求1所述的钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，其特征在于，以有机废水量计，所述钛酸镁的投入量为0.1～5g/L。


6.根据权利要求1所述的钛酸镁催化臭氧氧化水处理的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：童少平，杨强强，鲍慧洁，钱如意，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33