專利名稱：用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對氯代有機廢水進行無害化處理的方法。
背景技術(shù)：
氯代有機物包括氯代垸烴、氯代烯烴、氯代芳香烴以及有機氯殺蟲劑等，幾乎所有的氯 代有機物及其衍生物都有毒性且難降解，其中相當一部分被列為美國EPA環(huán)境優(yōu)先控制污 染物。制備、使用這些氯代有機物所產(chǎn)生的氯代有機廢水，也被實驗證明即使是在痕量濃度 的水平之下，也具有"致癌、致畸、致突變"效應(yīng)或可疑"三致效應(yīng)"。氯代有機物又是典 型的持久性有機污染物(POPs)，大量含氯代有機物以及合成過程中的中間產(chǎn)物或副產(chǎn)品被 排放到環(huán)境中，嚴重污染生態(tài)環(huán)境。因此，近年來，氯代有機廢水的無害化處理技術(shù)引起了 國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。
在對氯代有機廢水進行無害化處理的諸多現(xiàn)有技術(shù)中，包括有化學還原法。在化學還原 法中，包括有已在廣泛應(yīng)用的零價鐵還原法。由于零價鐵還原法的效率并不理想，因此，近 年來就又出現(xiàn)了一些以鐵作為其還原劑組份之一的雙金屬還原法。申請?zhí)枮?00610041355.0、 名稱為《降解水中氯代有機污染物的雙金屬催化劑及其制備方法和應(yīng)用》的發(fā)明專利申請， 其雙金屬催化劑(也即還原劑)就包含有鐵鎳雙合金(也即該案名稱中和本案中所說的雙金 屬)及其載體。在該發(fā)明中，該雙金屬催化劑是以填料形式填充在反應(yīng)器內(nèi)的。在對氯代有 機廢水進行無害化處理吋，是將其廢水采用上流的方式通過反應(yīng)器，并根據(jù)廢水中氯代有 機 污染物的種類和濃度，來控制廢水在反應(yīng)器中的催化劑層內(nèi)的停留時間。降解脫氯的程度如 何，是通過定時取樣、分析其中氯離子濃度和氯代有機物的殘余濃度來獲知的。該方法中， 其雙金屬催化劑本身有一個相對復雜的制備過程，從制備雙金屬催化劑本身開始，到最后無 害化處理完氯代有機廢水的時間周期就比較長，也即效率仍然不夠高。在控制氯代有機廢水 在反應(yīng)器中的催化劑層內(nèi)的停留時間方面，實際上也是通過事后取樣和分析來重新確定的。 一旦分析出處理效果不好，還得重新把這些溶液返回進反應(yīng)器中。所以，該現(xiàn)有技術(shù)在工業(yè) 化應(yīng)用方面仍顯不足
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作簡單、處理效率相對較高、更適 合于工業(yè)化運用的降解氯代有機廢水的方法。
為實現(xiàn)所述目的，提供一種用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法。與現(xiàn)有技術(shù) 相同的方面是，該方法中起降解作用的還原劑是以鐵作為其組份之一的雙金屬。其改進之處
是，本發(fā)明中的雙金屬是呈混合狀態(tài)的雙金屬粉末，鐵粉與另一組份的摩爾量之比為i : l
1 : 3，其另一組份是錳、鋁或鋅。該方法包括如下步驟
(1) 把收集來的氯代有機廢水進行過濾、以除去固體雜質(zhì)；
(2) 用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該氯代有機廢水的pH值至7 8;
(3) 在調(diào)整了 pH值的氯代有機廢水中加入雙金屬粉末和表面活性劑，其中，雙金屬粉
末氯代有機廢水-50g/L,表面活性劑與氯代有機廢水的體積比為l : io i : 5;
(4) 在微波輻射作用下，對步驟(3)的混合液進行攪拌，時間為60 80min;其中，微波頻 率為2000 2800MHz，微波功率為800~1000W，微波設(shè)定的反應(yīng)溫度為25 40°C;
(5) 過濾出在步驟中(4)中降解了該氯代有機廢水的雙金屬粉末，得到已降解脫氯的含氯 離子的水溶液。
本發(fā)明中所用雙金屬粉末中的任一金屬粉末，均可以直接從市場上購買到。與現(xiàn)有技術(shù) 相比較，就省去了必須預(yù)先制備雙金屬還原劑的相對復雜的過程和時間；在判斷效果和控制 降解脫氯的時間上，直接從盛裝了進行降解脫氯的氯代有機廢水的容器(反應(yīng)器)中取樣分 析即可，也即能夠?qū)崿F(xiàn)真正的過程控制。
另外，從本發(fā)明中所用還原劑——雙金屬粉末不需預(yù)先用化學方式制備這一點看，本發(fā) 明與用零價鐵作為還原劑的零價鐵還原法有相似之處。與零價鐵還原法相比較，由于金屬鐵 對某些氯化物反應(yīng)的選擇性較低，脫氯效果較差，生成含氯產(chǎn)物，有的降解產(chǎn)物較母體的毒 性更大；隨著時間的推移，金屬鐵表面惰性層或金屬氫氧化物的形成，使得鐵的反應(yīng)性降低。 而采用本發(fā)明的雙金屬粉末后，就能夠(1)提高脫氯反應(yīng)的選擇性和速率；(2)減少反應(yīng) 副產(chǎn)物，使之降解為綠色產(chǎn)物。加入的表面活性劑可以增加使雙金屬粉末與氯代有機廢水的 界面接觸，使反應(yīng)更加充分。微波輻射作為一種水處理的新技術(shù)，具有高效加熱反應(yīng)體系， 加速吸熱反應(yīng)的作用。當微波輻射雙金屬表面時會產(chǎn)生許多"熱點"。這些"熱點"的溫度要比其他部位高得多，促使降解脫氯反應(yīng)的進行。
綜上所述，本發(fā)明具有廢水治理成本低、效率高、還原效果好、操作簡單而尤其適合于
工業(yè)化應(yīng)用的優(yōu)點。
下面結(jié)合具體實施方式
，對本發(fā)明作進一步的說明。
具體實施例方式
一種用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法。該方法中起降解作用的還原劑是以 鐵作為其組份之一的雙金屬。在本發(fā)明中，所述雙金屬是呈混合狀態(tài)的雙金屬粉末，鐵粉與
另一組份的摩爾量之比為i : 1 1 : 3，其另一組份是錳、鋁或鋅。該方法包括如下步驟
(1) 把收集來的氯代有機廢水進行過濾、以除去固體雜質(zhì)；
(2) 用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該氯代有機廢水的pH值至7 8;
(3) 在調(diào)整了pH值的氯代有機廢水中加入該雙金屬粉末和表面活性劑，其中，雙金屬粉
末氯代有機廢水-50g/L,表面活性劑與氯代有機廢水的體積比為i : io i : 5;
(4) 在微波輻射作用下，對步驟(3)的混合液進行攪拌，時間為60 80min;其中，微波頻 率為2000 2800MHz，微波功率為800~1000W，微波設(shè)定的反應(yīng)溫度為25 40°C;
(5) 過濾出在步驟中(4)中降解了該氯代有機廢水的雙金屬粉末，得到已降解脫氯的含氯 離子的水溶液。
至此，結(jié)合對本發(fā)明有益效果的了解，本領(lǐng)域技術(shù)人員巳經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案 了。其中雙金屬粉末的粒度，也能根據(jù)經(jīng)驗或通過常規(guī)實驗確定下來。在本具體實施方式
中， 雙金屬粉末的粒度為0.05 0.5mm。
進一步講，在了解了表面活性劑在本發(fā)明中的作用及其效果之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員也能 根據(jù)經(jīng)驗或通過常規(guī)實驗選取。在本具體實施方式
中，其表面活性劑為聚醚2020和正丁醇 的混合物，兩者按體積比l : 1。
本發(fā)明曾在實驗室通過試驗驗證。由于未處理的氯代有機廢水中的氯不是以氯離子的形 式存在，處理后才會產(chǎn)生氯離子，因而可以通過脫氯率來表征氯代有機廢水是否還原脫氯。 驗證時
首先，計算出氯代有機廢水的理論氯離子濃度，氯代有機廢水中的理論氯離子濃度=氯代有機廢水的濃度x氯代有機物中氯元素的質(zhì)量分數(shù)；
其次，測定處理后的氯代有機廢水中的氯離子濃度——用離子色譜法測定。 然后，根據(jù)以下公式計算脫氯率-
脫氯率(％)=處理后的氯代有機廢水中的氯離子濃度/氯代有機廢水中的理論氯離子
濃度xl00X。
驗證對比例
取IOO ml已過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L)，調(diào)節(jié) 其pH值到7;然后，加入5gFe粉末(零價鐵)，在微波輻射作用下攪拌60min,其中，微 波頻率為2000 MHz，微波功率為800 W，反應(yīng)溫度為25 'C，反應(yīng)后的氯離子濃度為19.77 mg/L，轉(zhuǎn)化率僅為23.4%。
驗證例1:
取100 ml已過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L)，調(diào)節(jié) 其pH值到7;然后，加入5g其摩爾量之比為l : 1的Fe-Zn雙金屬粉末、5 ml聚醚2020和 5ml正丁醇，在微波輻射作用下攪拌60min，其中，F(xiàn)e-Zn雙金屬粉末的粒度為0.5mm，微 波頻率為2000 MHz，微波功率為800 W,反應(yīng)溫度為25'C,反應(yīng)后的氯離子濃度為58.05 mg/L，轉(zhuǎn)化率為68.7%。
驗證例2:
取100 ml已過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L),調(diào)節(jié) 其pH值到8;然后，加入5 g其摩爾量之比為1 : 3的Fe-Zn雙金屬粉末、10 ml聚醚2020 和10 ml正丁醇，在微波輻射作用下攪拌80 min，其中，F(xiàn)e-Zn雙金屬粉末的粒度為O.lmm 微波頻率為2800 MHz,微波功率為1000 W，反應(yīng)溫度為40 °C，反應(yīng)后的氯離子濃度為65.74 mg/L，轉(zhuǎn)化率為77.8%。
驗證例3:
取100 ml已過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L)，調(diào)節(jié) 其pH值到7:然后，加入5 g其摩爾量之比為1 : 1的Fe-Al雙金屬粉末、5 ml聚醚2020和 5ml正丁醇，在微波輻射作用下攪拌60min，其中，F(xiàn)e-Al雙金屬粉末的粒度為0.2 mm，微 波頻率為2000 MHz，微波功率為800 W，反應(yīng)溫度為25。C,反應(yīng)后的氯離子濃度為59.83mg/L，轉(zhuǎn)化率為70.8%。 驗證例4:
取100 ml巳過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L)，調(diào)節(jié) 其pH值到8;然后，加入5 g其摩爾量之比為1 : 3的Fe-Al雙金屬粉末、10 ml聚醚2020 和10ml正丁醇，在微波輻射作用下攪拌80min，其中，F(xiàn)e-Al雙金屬粉末的粒度為0.05mm， 微波頻率為2800 MHz，微波功率為1000 W，反應(yīng)溫度為40 'C，反應(yīng)后的氯離子濃度為67.18 mg/L，轉(zhuǎn)化率為79.5%。
驗證例5:
取100 ml已過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L)，調(diào)節(jié) 其pH值到7;然后，加入5 g其摩爾量之比為1 : 1的Fe-Mn雙金屬粉末、5 ml聚醚2020 和5ml正丁醇，在微波輻射作用下攪拌60min，其中，F(xiàn)e-Mn雙金屬粉末的粒度為O.lmm， 微波頻率為2000 MHz，微波功率為800 W，反應(yīng)溫度為25 °C，反應(yīng)后的氯離子濃度為62.61 mg/L，轉(zhuǎn)化率為74.1%。
驗證例6:
取100 ml已過濾了固體雜質(zhì)的氯代有機廢水(其理論氯離子含量為84.5 mg/L)，調(diào)節(jié) 其pH值到8;然后，加入5g其摩爾量之比為l :3的Fe-Mn雙金屬粉末、10 ml聚醚2020 和10ml正丁醇，在微波作用下攪拌80min，其中，F(xiàn)e-Mn雙金屬粉末的粒度為0.05mm，微 波頻率為2800 MHz，微波功率為IOOOW，反應(yīng)溫度為40'C，反應(yīng)后的氯離子濃度為69.63 mg/L，轉(zhuǎn)化率為82.4%。
從上述驗證例與驗證對比例可以看出，與用單一的零價鐵相比，本發(fā)明的轉(zhuǎn)化率提高了 好幾倍。
鑒于申請?zhí)枮?00610041355.0、名稱為《降解水中氯代有機污染物的雙金屬催化劑及其 制備方法和應(yīng)用》相比較的優(yōu)越性，從本發(fā)明方案的步驟中即可看出、從上述驗證例中也能 看出，卻不另外再作對比驗證了。
權(quán)利要求
1.用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法，該方法中起降解作用的還原劑是以鐵作為其組份之一的雙金屬，其特征在于所述雙金屬是呈混合狀態(tài)的雙金屬粉末，所述鐵粉與另一組份的摩爾量之比為1∶1～1∶3，其另一組份是錳、鋁或鋅，該方法包括如下步驟(1)把收集來的氯代有機廢水進行過濾、以除去固體雜質(zhì)；(2)用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該氯代有機廢水的pH值至7～8；(3)在調(diào)整了pH值的氯代有機廢水中加入所述雙金屬粉末和表面活性劑，其中，雙金屬粉末∶氯代有機廢水＝50g/L，表面活性劑與氯代有機廢水的體積比為1∶10～1∶5；(4)在微波輻射作用下，對步驟(3)的混合液進行攪拌，時間為60～80min；其中，微波頻率為2000～2800MHz，微波功率為800～1000W，微波設(shè)定的反應(yīng)溫度為25～40℃；(5)過濾出在步驟中(4)中降解了該氯代有機廢水的雙金屬粉末，得到已降解脫氯的含氯離子的水溶液。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法，其特征在于-所述雙金屬粉末的粒度為0.05 0.5mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法，其特征在 于所述表面活性劑為聚醚2020和正丁醇的混合物，兩者按體積比1M。
全文摘要
用微波強化的雙金屬降解氯代有機廢水的方法，該方法以雙金屬粉末(Fe-Mn、Fe-Al、Fe-Zn)為還原劑。其步驟包括中用氫氧化鈉調(diào)節(jié)氯代有機廢水的pH值至7～8；按一定比例在該廢水中加入雙金屬粉末和表面活性劑；在微波輻射作用下攪拌和過濾出降解了的氯代有機廢水中的雙金屬粉末等。本發(fā)明具有廢水治理成本低、效率高、還原效果好、操作簡單而尤其適合于工業(yè)化應(yīng)用的優(yōu)點。
文檔編號C02F9/00GK101575150SQ20091010404
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者翔 劉, 劉作華, 孫大貴, 左趙宏, 軍 杜, 陶長元 申請人:重慶大學