一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，屬于飲用水凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明是以石墨烯復(fù)合活性炭做催化劑，形成催化臭氧化體系，快速大量產(chǎn)生羥基自由基，能快速降解有機(jī)物，同時(shí)抑制溴酸鹽生成。本發(fā)明方法具有的特點(diǎn)為使用新型碳材料石墨烯復(fù)合活性炭催化臭氧化，對(duì)溴酸鹽生成抑制效果顯著，同時(shí)和單獨(dú)臭氧相比，本方法對(duì)水中其他有機(jī)物有更好的去除效果，是一種操作簡(jiǎn)便，高效環(huán)保的催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法，同時(shí)也是一種飲用水凈化的方法。
【專利說明】一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種催化臭氧化抑制溴酸鹽生成的方法，屬飲用水凈化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，水環(huán)境污染問題也日趨嚴(yán)重，與此同時(shí)飲用水的安全問題也成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。臭氧(O3)作為一種強(qiáng)氧化劑，能有效氧化水中有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，常應(yīng)用于自來水的凈化。但臭氧氧化過程中很難徹底去除水中的TOC和COD甚至?xí)a(chǎn)生一些對(duì)人體危害的消毒產(chǎn)物如溴酸鹽。溴酸鹽(Br03_)具有致癌性和遺傳毒性，主要是由于含溴水源在臭氧氧化過程中產(chǎn)生。美國(guó)環(huán)保署、世界衛(wèi)生組織和國(guó)際癌癥研究協(xié)會(huì)都把溴酸鹽列為可能對(duì)人類存在潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)(Group2B)。美國(guó)環(huán)保署發(fā)布的消毒法規(guī)中規(guī)定溴酸鹽最大允許濃度(MCL)值為10 μ g/L，同時(shí)把遠(yuǎn)期目標(biāo)控制值定為零。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB5749-2006》中也規(guī)定溴酸根的含量不超過10 μ g/L。
[0003]催化臭氧化技術(shù)是一種新型的在常溫常壓下將難以用臭氧單獨(dú)氧化或降解的有機(jī)物氧化的方法，利用反應(yīng)過程中快速分解臭氧產(chǎn)生的大量強(qiáng)氧化性自由基(羥基自由基)來氧化分解水中有機(jī)物從而達(dá)到水質(zhì)凈化，同時(shí)阻斷溴離子被臭氧氧化為溴酸鹽的途徑，從而抑制溴酸鹽的生成。
[0004]當(dāng)前使用碳材料催化臭氧化控制溴酸鹽生成的研究甚少，活性炭單獨(dú)催化臭氧化對(duì)溴酸鹽生成的抑制率低于40%。石墨烯作為新型碳材料，具有許多優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單的二維結(jié)構(gòu)有利于實(shí)驗(yàn)分析；比表面積大，吸附位點(diǎn)多，將石墨烯復(fù)合活性炭使用回收率和重復(fù)使用率高。以石墨烯改性活性炭作為催化劑，與臭氧聯(lián)用形成催化臭氧化體系，降解有機(jī)物的同時(shí)抑制溴酸鹽的生成，具有深遠(yuǎn)的研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種新的催化臭氧化過程抑制溴酸鹽生成的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)在抑制溴酸鹽方面存在的不足，同時(shí)可達(dá)到凈化飲用水的目的。
[0006]本發(fā)明提供的催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，是以新型碳材料石墨烯復(fù)合活性炭做催化劑，形成催化臭氧化體系，快速大量產(chǎn)生羥基自由基，在快速降解有機(jī)物的同時(shí)因使臭氧可以被大量的轉(zhuǎn)化，從而極大地抑制了 Br_經(jīng)臭氧氧化的途徑生成溴酸鹽。
[0007]本發(fā)明采用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，石墨烯占復(fù)合材料質(zhì)量百分比為2%—10%，在170°C—180°C范圍內(nèi)將石墨烯與活性炭混合物加熱反應(yīng)，制備得石墨烯復(fù)合活性炭材料。
[0008]在含有溴離子和有機(jī)物的混合溶液中，加入臭氧I一3mg/L (或0.05—0.2L/min)；石墨烯復(fù)合活性炭50— 100mg/L，使其發(fā)生反應(yīng)，最終在此催化臭氧化體系中，在降解有機(jī)物的同時(shí)也有效抑制了溴酸鹽的生成。
[0009] 本發(fā)明在探索石墨烯復(fù)合活性炭催化臭氧化抑制溴酸鹽過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH為4-8.8范圍時(shí)，對(duì)溴酸鹽生成的抑制效果不隨pH值改變。[0010]本發(fā)明提供的催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，開創(chuàng)性的采用了新型碳材料石墨烯復(fù)合活性炭作為催化劑，不僅對(duì)抑制溴酸鹽的有顯著效果，而且與單獨(dú)臭氧相t匕，本方法對(duì)水中其他有機(jī)物也有更好的降解去除效果。這是一種操作簡(jiǎn)便，高效快捷的催化臭氧化過程中溴酸鹽生成的方法，可廣泛應(yīng)用于飲用水消毒處理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為石墨烯復(fù)合活性炭催化臭氧化降解草酸同時(shí)抑制溴酸鹽的圖表。
[0012]圖2為不同石墨烯復(fù)合活性炭投加量對(duì)溴酸鹽抑制效果的影響的圖表。
[0013]圖3為不同pH條件下催化臭氧化對(duì)溴酸鹽抑制效果的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0014]a.制備石墨烯復(fù)合活性炭催化劑:采用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，以石墨烯和活性炭為原料，相互配合，其中石墨烯所占的質(zhì)量百分比為2% —10%,在170— 180°C下將石墨烯和活性炭混合物加熱反應(yīng)，最終制得石墨烯復(fù)合活性炭催化劑；
b.在含有溴離子和有機(jī)物的混合溶液中，加入臭氧I一3mg/L (或0.05—0.2L/min)；石墨烯復(fù)合活性炭催化劑50— 100mg/L，控制pH值在4一8.8范圍內(nèi)，使其發(fā)生反應(yīng)，最終在此催化臭氧化體系中，在降解有機(jī)物的同時(shí)也有效抑制了溴酸鹽的生成。
[0015]有關(guān)本發(fā)明的 各項(xiàng)試驗(yàn) 試驗(yàn)例I
利用石墨烯復(fù)合活性炭催化臭氧化抑制溴酸鹽生成同時(shí)以草酸降解為例說明石墨烯復(fù)合活性炭催化臭氧化降解有機(jī)物的實(shí)驗(yàn)按以下步驟進(jìn)行:使用頂空瓶，臭氧連續(xù)通入，流量為0.05L/min，石墨烯改性活性炭投加量為100mg/L，溴離子初始濃度為0.5mg/L，草酸初始濃度為10mg/L,調(diào)節(jié)pH為4,實(shí)驗(yàn)總時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。
[0016]試驗(yàn)例2
不同石墨烯改性活性炭投加量對(duì)溴酸鹽抑制效果影響的實(shí)驗(yàn)按以下步驟進(jìn)行:調(diào)節(jié)pH為6.98，Br_初始濃度為0.5mg/L，臭氧濃度為3mg/L，石墨烯復(fù)合活性炭投加量分別為O、
5、10、25、50、100、200mg/L，實(shí)驗(yàn)總時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。
[0017]試驗(yàn)例3
不同PH條件下催化臭氧化對(duì)溴酸鹽生成控制效果的實(shí)驗(yàn)按以下步驟進(jìn)行:調(diào)節(jié)pH分別為5.3、6.98、8.8，Br_初始濃度為0.5mg/L，臭氧濃度為3mg/L，石墨烯復(fù)合活性炭投加量為50mg/L,實(shí)驗(yàn)總時(shí)間為30min。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。
[0018]各試驗(yàn)所得附圖的結(jié)果分析
1、附圖1結(jié)果分析
在附圖1中，催化臭氧化體系g/gac+o3(石墨烯復(fù)合活性炭與臭氧混合體系)降解草酸的效果最好，O3(臭氧)組次之，G/GAC (石墨烯復(fù)合活性炭)組最差，在降解有機(jī)物的同時(shí)，對(duì)比臭氧組，催化臭氧化組溴酸鹽生成量明顯減少。以上說明以G/GAC (石墨烯復(fù)合活性炭)為催化劑形成的催化臭氧化體系在降解有機(jī)物的同時(shí)能有效抑制溴酸鹽的生成。
[0019]2、附圖2結(jié)果分析
從附圖2中可以看出隨著石墨烯復(fù)合活性炭投加量的增加，BrO3-生成量不斷減少，從溴酸鹽生成的控制效果看，當(dāng)石墨烯復(fù)合活性炭的投加量為50-100mg/L時(shí)，相比于單獨(dú)臭氧化即石墨烯復(fù)合活性炭投加量為Omg/L時(shí)，溴酸鹽生成的抑制率已經(jīng)達(dá)到最佳，因此石墨烯復(fù)合活性炭催化臭氧化對(duì)溴酸鹽的抑制效果顯著，結(jié)合實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)效益可以確定最佳投加量。
[0020]3、附圖3結(jié)果分析
從附圖3可以看出，pH由5.3升到8.8時(shí)，雖然溴酸鹽濃度隨之升高，但催化臭氧化抑制溴酸鹽的效果仍然十分顯著。說明石墨烯催化臭氧化體系控制溴酸鹽生成的效果并不受PH影響，該工藝使用酸堿 度范圍廣。
【權(quán)利要求】
1.一種催化臭氧化過程中抑制溴酸鹽生成的方法，其特征在于具有以下過程和步驟: a.制備石墨烯復(fù)合活性炭催化劑:采用水熱法，以聚乙烯醇為粘合劑，以石墨烯和活性炭為原料，相互配合，其中石墨烯所占的質(zhì)量百分比為2% —10%，在170— 180°C下將石墨烯和活性炭混合物加熱反應(yīng)，最終制得石墨烯復(fù)合活性炭催化劑； b.在含有溴離子和有機(jī)物的混合溶液中，加入臭氧I一3mg/L(或0.05—0.2L/min)；石墨烯復(fù)合活性炭催化劑50— 100mg/L,控制pH值在4一8.8范圍內(nèi)，使其發(fā)生反應(yīng)，最終在此催化臭氧 化體系中，在降解有機(jī)物的同時(shí)也有效抑制了溴酸鹽的生成。
【文檔編號(hào)】C02F1/72GK103991943SQ201410210644
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月19日
【發(fā)明者】劉爽, 盧寧, 黃鑫, 蘇曼, 劉佳, 王先云, 張東 申請(qǐng)人:上海大學(xué)