流体污染物的吸附方法和吸附剂的再生技术

本发明专利技术提供了处理受到有机化合物、有机体、有毒物质、有害物质、氨、或其混合物污染的流体、特别是水的方法，通过使用吸附材料的吸附和纯化的吸附材料的再生。可以首先使污染物吸附在吸附材料上，随后通过采用至少一种过渡金属氧化物催化剂的纳米颗粒和至少一种氧化剂的处理使其再生；或者使污染物吸附在加载有至少一种过渡金属氧化物的吸附材料上，随后通过采用氧化剂的处理使其再生；或者首先采用氧化剂处理污染的流体并随后采用加载有至少一种过渡金属氧化物的吸附材料颗粒进行处理。将吸附的污染物转化为环境上相容的产品。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及处理含有不期望的污染物的流体的方法，和用于吸附材料再 生的催化方法，通过使用纳米催化剂或胶体形式的过渡金属氧化物和氧化 剂。该方法适用于从々欠用水、；t^水、地下水、工业废水中消除有害污染物、 特别是有才几材料，和适用于吸附剂如活性炭、活性氧化铝、活性TiOh矿物 粘土、沸石、离子交换剂及其混合物的化学再生。
技术介绍
饮用水、地下水、和工业废水中经常存在有机污染物、有机体、有毒物 质、 一些金属及其混合物。传统水处理方法如吸附、凝聚、絮凝和膜技术仅通过将污染物从一个相 转移到另一个相来实现不期望的污染物的去除，产生浓缩的淤泥且留下处理 转移的污染物和使去除的吸附剂再生的问题。有机和生物污染物可以通过适当的化学氧化方法来处理。这些方法经常 速度慢，效率低且在非生物降解性和一些污染物对微生物的毒性方面稍微有 限(Toledo等，2003)。最近(Sigman等1997; Yeber等，2000; Perez等2002)报道了基于通过 先进氧化工艺(A0P)的有机化合物的化学氧化的水处理方法，其适用于纯化 地表水与地下水和适用于清洁工业废水。这些工作中的一些关注于当溶解的 有机物质对微生物有毒、抑制或抗拒时使用这些体系作为用于生物系统的预 处理。通过A0P使废水中的有机污染物降解和矿化是基于非常活泼的羟基自由 基(0H的生成。通过过氧化氢与亚铁-Fe的分解生成该自由基。该羟基自 由基是高活性、非选择性的且可以用于使多种有机污染物降解。其通iti口成 到双键中或者通过从有机分子中获得i^、子与大多数有机化合物反应 (Safarzadeh-Amiri等，1996， 1997)。获得的有机自由基随后与^应并导 致完全矿化以形成C02、 H20和无机酸(01iveros等，1997)。Fenton和类Fenton体系(Fe+7Fe+3/H202)经常用于工业水处理(Neyens和 Baeyens， 2003)。 Fenton (Fe+2/H202)和类Fenton工艺(Fe+3/H202)中产生羟基 自由基的机理是非常复杂的，且认为在如下阶段中发生(Lin和Gurol, 1998; DeHeredia等，2001; Safarzadeh-Amiri等，1996; Neyens和Baeyens, 2003):<formula>formula see original document page 7</formula>前三个等式是造成连续形成活性自由基(L'in和Gurol， 1998)的原因， 后两个是造成延緩该自由基的原因，且最有一个是造成降低过氧化物浓度的 原因。后处理要求以胶体沉淀物消除Feton试剂和通过额外的过程如凝聚、沉 降和过滤分离胶体沉淀物。无机离子(HCO;, P04/HP04/H2P04, CI, S04， Ca， Na, Mg等)经常存在于废 水中，站Fenton过程的反应速率方面起到重^f乍用(Andreozzi等，1999; DeLaat等，2004; Maciel等，2004)。 De Laat等(2004)研究了氯化物、高 氯酸盐、碌u酸盐和硝酸盐离子对于H202的分解速率和有机化合物通过Fe+2/H202 与Fe/HA的氧化的影响，且显示在氯化物和碌u酸盐离子的存在下可以降低 FetVHA氧化过程的效率。这些抑制作用有助于羟基自由基再生速率的降低 和活性比OH*自由基更低的Cl广与SO/自由基的形成。 一些无机离子如HC03 和P04也可以通过活性比OH'自由基更低的HC0/与P04'自由基的形成而P争低氧 化过程的效率(Andreozzi等，1999)。Lu等(1997)研究了无机离子对于使用Fenton试剂的敌敌畏(2， 2-二氯乙 烯基磷酸二曱酯)杀虫剂氧化的影响。阴离子以如下顺序抑制了敌敌畏的分 解H2P04 〉>C1〉N03 C104。磷酸盐离子抑制的主要原因是，这些离子与亚 铁和铁离子一M生复杂反应，导致催化活性损失。Bali等(2003)研究了纷的光化学降解和矿化以及自由基净化剂(P04， S04 和C1离子)的存在的影响。在含P04离子的溶液中观察到最高的副作用。如下由我们未公布的结果来看，不存在溶解于水的磷离子下，采用80ppm Fe纳米催化剂和0. 48%过氧化氢处理初始酚浓度为1100ppm的水溶液，在5 分钟内导致O. 35ppm的酚浓度。但是，当磷离子浓度超过75ppm时，此时其 它为极值^f牛，酚浓度在整个实验中保持不变。类似于磷离子，HC03离子浓 度也显著影响酚降解并延緩时间段。由此，对于80ppm的納米催化剂浓度， 酚浓度在不存在HC03离子时5分钟之后从1100降到0. 35卯m，且HC03离子浓 度为100ppm时5分钟之后降到135ppm。对于150ppm的HC03离子浓度， 察到酚氧化反应。由这些数据可以看出，Fenton、光-Fenton和类Fen ton工艺在无机离子 -自由基净化剂如HC03， P04/HP04/H2P04， CI, S04, Ca, Na, Mg等的存在下是 无效的。通过提高催化剂浓度或过氧化物浓度可以解决该问题。由此，通过 提高Fe、内米催化剂浓度到200卯m,有效地使酚分解且其浓度在反应5分钟 内从1100降到1.9ppm。另外提高过氧化氩浓度导致反应开始。由此，对于 1100ppm酚初始浓度、100卯mFe、内米催化剂、高于75ppm的磷离子浓度和 0. 48%过氧化氢，未观察到酚氧化反应。通过提高过氧化物浓度到0. 96%，有 效地使酚分解且其浓度从11Q0ppm降到0. 85ppm。应当指出，提高Fe、内米催化剂和/或过氧化氢浓度使该处理对于水纯化 来说仍是成本低效的。基于通过吸附材料从流体中吸附污染物的水处理适用于饮用水、地下水 的纯化，和适用于清洁还含有自由基净化剂的工业废水。这种情形下，吸附 剂从溶液中仅吸附有机物质分子，且无机离子-自由基净化剂(如HC03， P04/h'P04/H2P04, Cl， S04, Ca, Na， Mg等)保留在溶液中。用过的活性炭不含 无机离子-自由基净化剂且它们由此不影响其再生。吸附剂选自具有多孔结构和大的内表面积的材料如活性炭(例如粒状或 粉末活性A)、活性氧化铝、矿物粘土、沸石、离子交换剂、或其混合物。 采用吸附工艺用于水处理要求回收吸附材料。吸附剂的应用取决于其成本和8一些吸附-再生循环之后的吸附容量。其中活性炭是最有效的吸附剂，但是使用起^目当昂贵。 一些方法已用于用过的活性炭的处理和再生。这些方法可以分为三大类热学、生物和化 学再生。热再生，经常在700 1100。C下进^f亍，要求高能量，由于每个吸附-再生循环中的磨损、烧掉和冲洗而导致相当大数量活性炭的损失(5 ~ 15%),且经常由于微孔破坏而导致活性炭表面积的损失。生物处理是效率低的且存 在与非生物降解性和一些污染物对微生物的毒性相关的一些局限。化学再生可以通过特定溶剂使吸附剂解吸或者通过采用氧化过程使其 破坏来进行。基于通过先进氧化工艺(AOP)的有机化合物化学—氧化的处理适 用于用过的活性炭的再生。通过AOP使活性炭吸附的有机污染物降解和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过采用吸附材料的吸附和纯化的吸附材料的再生来处理含有选自有机化合物、有机体、有毒物质、有害物质、氨、或其混合物的污染物的流体的方法，所述方法包括：　ａ）使所述污染物吸附在选自活性炭、活性氧化铝、活性ＴｉＯ↓［２］、矿物粘土、沸石 、离子交换剂、或其混合物的吸附材料的颗粒上；和　ｂ）通过与至少一种过渡金属氧化物催化剂的纳米颗粒和至少一种氧化剂接触使吸附材料再生，由此将吸附的污染物转化为环境上相容的产品。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-6-27 60/816,6431、一种通过采用吸附材料的吸附和纯化的吸附材料的再生来处理含有选自有机化合物、有机体、有毒物质、有害物质、氨、或其混合物的污染物的流体的方法，所述方法包括a)使所述污染物吸附在选自活性炭、活性氧化铝、活性TiO2、矿物粘土、沸石、离子交换剂、或其混合物的吸附材料的颗粒上；和b)通过与至少一种过渡金属氧化物催化剂的纳米颗粒和至少一种氧化剂接触使吸附材料再生，由此将吸附的污染物转化为环境上相容的产品。2、权利要求l的方法，其中步骤a)和b)相伴地发生。3.自有机化合物、有机体、有毒物质、有害物质、氨、或其混合物的污染物的 流体的方法，所述方法包括a) 使所述污染物吸附在选自活性炭、活性氧化铝、活性Ti02、矿物粘土、 沸石、离子交换剂、或其混合物的，加载有至少一种过渡金属氧化物催化剂 的纳米颗粒的吸附材料的颗粒上；和b) 通过与至少一种氧化剂接触使吸附材料再生，由此将吸附的污染物转 化为环境上相容的产，4、—自有机化合物、有机体、有毒物质、有害物质、氨、或其混合物的污染物的 流体的方法，所述方法包括a)使选自活性炭、活性氧化铝、活性Ti02、矿物粘土、沸石、离子交换口O'糸l、或其混合物的吸附材料加载至少一种过渡金属氧化物催化剂的纳米颗粒Jb) 采用至少一种氧化剂处理污染流体；和c) 使含有b)的氧化剂的污染流体与a)的加载的吸附材料混合或者从中通 过，由此将吸附的污染物转化为环境上相容的产品，由此获得纯化的吸附材料。5、 权利要求1~4中任一项的方法，其中该吸附材料是未用过的。6、 权利要求1~4中任一项的方法，其中该吸附材料是再生的。7、 权利要求5的方法，其中该吸附材料是未用过的活性炭。8、 权利要求6的方法，其中该吸附材料是再生的活性炭。9、 权利要求1~4中任一项的方法，其中该过渡金属氧化物催化剂选自 铁氧化物、Ti02、或其混合物。10、 权利要求9的方法，其中该铁氧化物选自Fe203、 Fe00H、 FeFe203、 MnFeA、 CoFe203、 CuFeA、或其混合物。11、 权利要求1-4中任一项的方法，其中该氧化剂选自氧、臭氧、过氧 化氢、羟基自由基、无才几离子自由基、过硫酸氲钾制剂、或其混合物。12、 权利要求1~4中任一项的方法，其中处理的流体为液体。13、 权利要求12的方法，其中处理的流体为水。14、 权利要求13的方法，其中处理的流体为饮用水，地下水，或者工业、 农业或市政废水。水的方法，该方法包括如下步骤a) 通过使选自有机化合物、有机体、有毒物质、有害物质、氨、或其混 合物的水污染物吸附在选自活性炭、活性氧化铝、活性1102、矿物粘土、沸 石、离子交换剂、或其混合物的吸附材料上，使水纯化；和b) 使含有污染物的吸附材料，与包含选自Fe203、 Fe00H、 FeFe203、 MnFe203、 CoFeA、 CuFe203、 Ti02或其混合物的至少一种过渡金属氧化物的纳米颗粒和 选自氧、臭氧、过氧化氢、羟基自由基、无机离子自由基、过疏酸氩钾制剂、 或其混合物的至少一种氧化剂的溶液，混合或者从中通过，由此获得纯化的 吸附材料和环境上相容的...

【专利技术属性】
技术研发人员：R塞米亚特，G泽尔马诺夫，A巴赫，
申请(专利权)人：技术研究及发展基金有限公司，
类型：发明
国别省市：IL[以色列]