[发明专利]一种利用超声波催化的碱式芬顿反应脱除氰化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及碱式芬顿反应碱式芬顿反应，特别是涉及一种利用超声波催化的碱式芬顿反应脱除氰化物的方法。

背景技术

在水资源环境治理中可通过超声波的方式对废水进行处理，超声波的空化效应为降解水中有害有机物提供可能，从而使超声波污水处理目的的实现。在污水处理过程中，超声波的空化作用对有机物有很强的降解能力，且降解速度很快，超声波空化泡的崩溃所产生的高能量足以断裂化学键，空化泡崩溃产生氢氧基（OH⁺）和氢基（H^-），同有机物发生氧化反应，能将水体中有害有机物转变成CO₂ 、H₂O、无机离子或比原有机物毒性小易降解的有机物。所以在传统污水处理中生物降解难以处理的有机污染物，可以通过超声波的空化作用实现降解。

芬顿（Fenton）试剂一般是指Fe²⁺和H₂O₂构成的氧化体系，由法国科学家H.J.H.Fenton于1894年发明，是一种不需要高温高压，而且设备简单的化学氧化水处理技术。早期芬顿试剂主要应用于有机分析化学和有机合成反应，1964年，Eisenhouser首次将芬顿反应作为废水处理的技术运用，并在苯酚及烷基苯废水处理实验中获得成功。传统的芬顿反应会造成铁离子流失，为解决这个问题，逐步发展起非均相芬顿反应，该反应体系通常是将催化性能最强的铁离子负载到不同的载体上，在保持其催化活性同时获得固 - 液分离能力、避免二次污染。非均相芬顿反应体系具有反应效率高、有效PH范围宽广以及催化剂可再生利用等优势，是一项极具发展潜力的新型高级氧化工艺。目前，多相芬顿催化剂的载体主要有活性炭粉、沸石分子筛、粘土等三类。Fenton 氧化技术是一种有效的污泥预处理技术，但 Fenton 氧化技术需要高浓度的酸和亚铁离子和过氧化氢，反应的时间长且成本较高，如何缩短反应时间，减少过氧化氢使用量，进一步降低 Fenton 氧化成本是研究的方向。

所述芬顿反应是以亚铁离子为催化剂的一系列自由基反应。主要反应大致如下：

Fe²⁺ +H₂O₂==Fe³⁺ +OH^-+HO·

Fe³⁺ +H₂O₂+OH^-==Fe²⁺ +H₂O+HO·

Fe³⁺ +H₂O₂==Fe²⁺ +H⁺ +HO₂

HO₂+H₂O₂==HO₂+O₂↑+HO·

芬顿试剂通过以上反应，不断产生HO·（羟基自由基，电极电势2.80EV，仅次于F2），使得整个体系具有强氧化性，可以氧化氯苯、氯化苄、油脂等等难以被一般氧化剂（氯气，次氯酸钠，二氧化氯，臭氧，臭氧的电极电势只有2.23EV）氧化的物质。

以氯苯为例，C₆H₅Cl---------------(Fe²⁺ H₂O₂)→CO₂+H₂O+HCl

芬顿试剂的影响因素

根据上述Fenton试剂反应的机理可知，OH·是氧化有机物的有效因子，而[Fe²⁺]、[H₂O₂]、[OH^-]决定了OH·的产量，因而决定了与有机物反应的程度。影响该系统的因素包括溶液pH值、反应温度、H₂O₂投加量及投加方式、催化剂种类、催化剂与H₂O₂投加量之比等。

在电化学处理污水的过程中，常见的芬顿反应是在PH为3.8时，添加一定量的双氧水和硫酸亚铁，产生羟基自由基来实现污染物的去除 ；而当污水中含有氰化物时，其在酸性条件下会产生氢氰酸有毒气体，因此，破氰必须在碱性条件下进行。而当碱性条件下发生芬顿反应时，其破氰效果并不理想。