[发明专利]低pH值下促进臭氧生成羟基自由基的方法及其制备的药剂

说明书

技术领域

本发明涉及水净化处理技术，更具体地说，是涉及一种促进臭氧分解产生更多羟基自由基的方法，以及通过该方法制取用于水净化处理的药剂。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，高浓度有机废水对我国宝贵的水资源造成了严重的污染，威胁了人们的生存环境。高浓度有机废水利用现有生物处理方法处理十分困难，而采用高级氧化法可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性。高级氧化技术常用工艺为氧化剂（O₃，H₂O₂），能量辐照（UV，超声）和催化剂的互相组合作用产生足量的强氧化性活性物质羟基自由基（·OH）。羟基自由基（·OH）是已知水处理药剂中氧化能力最强的一种，其氧化还原电位高达2.80V，它与有机物反应的速率常数一般在10⁶～10⁹M^-1S^-1，几乎可以与所有的有机物（烯烃，脂类，芳环化合物）和无机物发生反应。臭氧在中性和碱性条件下可以快速分解产生羟基自由基（·OH），但是在酸性条件下则分解缓慢，因此在反应过程中需要不断的监控和调整水体的pH值，使水体保持在中性和碱性条件，因而导致水处理工艺控制较为困难和复杂。

目前，臭氧与许多胺类的反应速率都已知，臭氧与非质子化的胺类的反应在快速反应阶段就能完成，尤其当胺中的氢原子被烷基取代后，反应速率会显著增加。例如二甲胺，三甲胺在碱性条件下与臭氧在1分钟内（臭氧分解的快速反应阶段）就迅速完成反应，使臭氧完全分解生成羟基自由基。但二甲胺、三甲胺在酸性条件（pH=3）下与臭氧的反应速度则十分缓慢，25分钟的臭氧分解率也仅为50%，即仅有50%的臭氧分解并生成了羟基自由基。因此，探索促进臭氧在低pH值下分解生成羟基自由基的方法，是臭氧广泛应用于水处理领域的关键。据发明人所知，直到目前为止，还没有见诸关于臭氧与质子化胺类反应相关的水处理药剂的研究报道。

发明内容

针对现有促进臭氧生成羟基自由基技术的现状及不足，本分明的第一个目的是提供一种低pH值下促进臭氧生成羟基自由基的方法，以解决现有臭氧生成羟基自由基工艺过程控制困难和复杂，臭氧分解率低、速度慢的问题。

本发明的第二个目的是提供一种用于水净化处理的药剂。

针对本发明的第一个目的，本发明提供的低pH值下促进臭氧生成羟基自由基的方法，是于10~40℃的温度条件下，在水中投加羟胺和臭氧以促进臭氧分解生成羟基自由基，水的pH值不低于3。羟胺与臭氧最好按摩尔比1:2.5~1:4投加。

针对本发明的第二个目的，本发明提供的用于水净化处理的药剂，药剂溶液配制初时的药剂溶液中的羟胺与臭氧的摩尔比为1:2.5~1:4，药剂溶液中的羟胺浓度为50~150μmol/L。

发明人在研究中发现，在pH值为3~7酸性水体中加入羟胺，不论羟胺加入量的多少，臭氧分解生成羟基自由基（·OH）的分解率都比相同条件下单纯臭氧分解生成羟基自由基（·OH）的分解率提高至少50%以上，羟胺对臭氧分解生成羟基自由基（·OH）有非常明显的催化作用，且随着羟胺投入量的增大，臭氧分解率有明显增加。考虑制取水处理药剂的工艺成本，羟胺的投入量宜控制在羟胺与臭氧的摩尔比为1:2.5~1:4。在pH值为3~7，温度为10~40℃的条件下，羟胺-臭氧体系中的臭氧能够在25分钟反应时间结束前完全分解生成羟基自由基（·OH），分解率提高50%。

采用本发明的上述方法制取用于水净化处理的药剂，不需要对水体的pH进行调节使水体保持在中性和碱性，在低pH值条件下就可促进臭氧的分解，产生足量的羟基自由基从而得到更好的氧化效果。

本发明揭示的低pH值下促进臭氧生成羟基自由基的方法及其制备的由于水处理净化的药剂，与现有技术促进臭氧生成羟基自由基的方法相比，具有以下十分突出的技术效果和优点：

1、扩大臭氧氧化有机污染物适用pH范围。根据发明人的实验结果，在酸性条件下（pH值为3,4,5）加入羟胺能够有效提高臭氧分解率，因此通过加入羟胺，可以将原本仅适用于碱性条件下的单独臭氧氧化可应用于酸性废水的处理，扩大了氧化方法的适用pH范围。

2、提高臭氧利用率，降低臭氧氧化工艺成本。通过加入羟胺，可以将更多的臭氧催化分解为氧化性更强的羟基自由基（·OH），从而降解更多更稳定的有机污染物，在提高了氧化效果的同时，使得更多的臭氧分解并起到氧化降解有害物质的作用，从而提高臭氧的利用率，同时也降低了臭氧氧化工艺的成本。