[发明专利]一种高效活化过硫酸盐的组合物及其应用

说明书

一种高效活化过硫酸盐的组合物及其应用，有效成分为纳米金属硫化物、铁离子和过硫酸钠，所述铁离子为二价亚铁离子或三价铁离子。本发明组合物克服了单一金属离子活化过硫酸盐过程中离子溶出、效率低和作用范围窄等不足，并且该组合物具有催化性能稳定、催化效果好等优点，在有机污染废水处理和土壤修复方面具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于有机污染废水处理、土壤污染修复技术领域，具体涉及一种高效活化过硫酸盐的组合物及其应用。

技术背景

基于活化过硫酸盐的高级氧化技术近些年被广泛地应用于土壤与地下水的修复。过硫酸盐具有较高的氧化还原电位（2.01 V），能直接氧化降解污染物，更重要的是，过硫酸盐能通过热、紫外光、过渡金属、碱和过氧化氢等方法活化产生硫酸根自由基（SO₄^·-），其具有更强的氧化性，其氧化还原电位为2.6-3.1V，能间接的降解污染物。与传统基于羟基（·OH）降解污染物的Fenton试剂相比，SO₄^·-具有很多的优点，如能选择的降解目标污染物而与土壤有机质的作用较小；在酸性和中性条件下较稳定，碱性条件下SO₄^·-可以与H₂O或者OH^-反应生成·OH，因此在较宽pH范围内对污染物均有较好的降解效果，这些特征使基于硫酸根自由基的新型高级氧化技术在修复在应用于有机污染土壤修复过程有着广阔的前景。

尽管如此，传统活化过硫酸盐的技术在实际应用中存在一些缺点如热活化和光活化需要消耗大量的能量，过渡金属活化虽然有效但在应用的过程中也存在一些缺点。如亚铁离子能有效活化过硫酸盐降解污染物，但反应体系中的Fe²⁺与目标污染物竞争消耗掉大量的自由基而生成非催化活性的Fe³⁺，从而导致Fe²⁺的有效利用率降低；更重要的是，反应过程中随着Fe³⁺的生成会产生大量的铁泥，铁泥的后续处理不仅增加了处理成本，还会对环境造成固体废物的污染等。为克服亚铁催化过硫酸盐反应体系的诸多不足，很多学者通过络合剂（EDTA、EDDS、草酸等）络合铁离子的方式来控制溶液中Fe²⁺有效性从而提高污染物的降解效率，但络合剂会与污染物竞争自由基，导致单位自由基对目标污染物的有效利用率下降。此外，诸如EDTA、EDDS等具备强络合性能的络合剂本身就是一种难生物降解的有机污染物，因此，这些体系在反应结束后因络合剂的存在而形成的二次污染等问题限制了其在实际工业废水中的应用。 因此，亟需开发环境友好、高效、廉价的过硫酸盐催化剂。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对现有均相亚铁离子活化过硫酸盐在处理有机污染废水或土壤洗脱液过程中效率低、适用pH范围窄等问题，开发了一种高效活化过硫酸盐的组合物及其应用；此组合物活化过硫酸盐成功实现了多氯联苯、磺胺甲氧嘧啶、双酚A和氯酚类污染物的降解去除，具有pH适应范围宽、降解效率高、操作方便等优点。

技术方案：一种高效活化过硫酸盐的组合物，有效成分为纳米金属硫化物、铁离子和过硫酸钠，所述铁离子为二价亚铁离子或三价铁离子。

优选的，上述纳米金属硫化物为二硫亚铁、硫化钼、硫化钨或硫化锌，纳米金属硫化物是通过金属源分别与硫代硫酸钠、硫粉和乙醇胺混合均匀后，通过水热反应制备而得，所述金属源为铁源、钼源、钨源或锌源，所述金属源、硫代硫酸钠、硫粉的摩尔比例为1:1:1，乙醇胺的质量比例为1%。

优选的，上述纳米金属硫化物的尺寸为20-200 nm。

优选的，上述纳米金属硫化物和铁离子的浓度分别为0.05-1.0 g/L和10-100 µM。

优选的，上述过硫酸钠的浓度为0.5-5.0 mM。