[发明专利]Fe0-Al0/O2体系高级氧化水处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业废水中难降解有机物的高级氧化处理方法，涉及一种Fe⁰-Al⁰/O₂体系高级氧化水处理方法，尤其是活性氧（Reactive Oxygen Species,，ROS）的原位形成方法。

背景技术

高级氧化技术AOPs (Advanced Oxidation Processes)是近20年来兴起的水处理新技术，实际上就是一种人工强化产生ROS并利用它氧化去除有机物的工艺。通常的高级氧化过程都涉及到H₂O₂和·OH的生成，诸如O₃/H₂O₂，UV/H₂O₂，UV/H₂O₂/O₃，TiO₂/UV，Fe²⁺/H₂O₂，Fe²⁺/UV/H₂O₂等工艺。显然地，UV和H₂O₂的使用导致费用增加成为限制高级氧化技术广泛使用的一个瓶颈。

为解决高级氧化技术运行费用高的难题，学者们一直在探索摒弃人工添加H₂O₂而利用环境中的O₂生成活性氧ROS（H₂O₂和·OH）的方法。目前报道的分子氧的活化方法有金属卟啉催化法、多金属氧酸盐阴离子催化法和Fe⁰/O₂界面ROS原位生成法，其中最受青睐的是零价铁法。但是，零价铁在有氧条件下的反应伴随着两个对反应不利的过程：（1）氢氧根离子的产生导致溶液pH上升，降低了体系的氧化能力，因为Fe⁰/O₂界面H₂O₂的原位形成和后续的Fenton反应在酸性pH（pH＜3）下才有效；（2）铁的氢氧化物沉淀在零价铁表面反应位点积累，导致零价铁表面钝化以及反应活性的逐渐丧失。

除了常见的零价铁以外，零价铝（Al⁰）也具有将分子氧活化产生ROS的能力，且具有一定的优势：（1）Al⁰可以为电子转移提供更多的热力学驱动力；（2）反应过程伴随产生的铝离子在较大pH范围内不发生沉淀。

Al³⁺+3e^-→Al⁰（E⁰=?1.667V）

Fe²⁺+2e^-→Fe⁰（E⁰=?0.44V）

Al₂O₃+2OH^-→2AlO^2-+H₂O

    Al⁰/O₂体系比Fe⁰/O₂体系具有更高的H₂O₂原位生成率，但是Al⁰/O₂体系中生成H₂O₂后，由于铝非多价态金属，故其Fenton反应产生·OH的过程较慢，成为Al⁰/O₂体系氧化降解有机污染物的控制反应。

发明内容

本发明提出一种常温差压下原位连续自动产生H₂O₂和快速Fenton反应的Fe⁰-Al⁰/O₂体系高级氧化水处理方法。