[发明专利]一种利用负载型钌催化剂去除饮用水中污染物的方法

说明书

技术领域

本发明属于给水处理技术领域，涉及一种去除饮用水中污染物的方法。

背景技术

随着经济及工业的发展，水资源的持续污染日益严重，与此同时，生活水平的提高也使得人们对于饮用水的安全保障要求日益严格。新材料新技术的开发使水环境中的污染物种类日益增加，水中微污染物如苯胺类物质，酚类内分泌干扰物以及苯并三唑类光稳定剂对传统的水处理工艺提出了严峻的挑战，国内外的实验研究与实际生产运行结果表明，受以上三类物质污染的水体通过常规的混凝、沉淀、过滤、消毒工艺对微污染物的去除率只能达到20~30%。因此，为了保障饮用水安全，需要在传统过程中引进预氧化工艺或者深度处理工艺。

目前给水处理中常用的氧化药剂主要有液氯、二氧化氯、臭氧和高锰酸钾等。相比于其他几种氧化药剂，高锰酸钾不会产生有毒有害的消毒副产物，其还原产物二氧化锰具有吸附、助凝等作用，可强化水体中污染物的去除，并且易于分离，除此之外，高锰酸钾便于运输存储、使用方便。但高锰酸钾的氧化速率较低，要得到与液氯、二氧化氯或者臭氧相同的去除效果，需要的氧化时间和投加量会增大，因此也就带来了基建成本和运行费用的增加。

前期的研究的结果表明，给水工艺中的大部分氧化剂并不能将有机物完全矿化，高锰酸钾(250μM)氧化双酚A(25μM)的过程中，TOC的去除率仅为50%左右，并且随着氧化时间的增长，TOC的去除率变化不大。臭氧氧化过程中也存在类似的现象，当氧化时间延长4h时，TOC的去除率只提高了16%。因此我们推断，虽然在氧化过程中微污染物的母体得到了较好的去除，但是这些母体转化的中间产物更难矿化，并且这些中间产物的毒性大多仍然未知。为了完全将微污染物的毒性消除，最安全可靠的方法是将这些难降解的中间产物彻底矿化，转化为CO₂和H₂O。

钌为铂系贵金属元素的一种，经常用作合成氨的第二代催化剂；另外在有机合成方面，钌催化剂在有机加氢反应中呈现出较高的催化活性。近年来，有研究显示钌催化剂在强碱性和强酸性氧化还原体系中均可以提高反应速率，强化有机污染物的去除效果。本课题组前期的研究结果也证明在中性条件下微量均相钌催化剂的存在可以大大提高高锰酸钾对苯胺类物质、酚类内分泌干扰物和苯并三唑类光稳定剂的去除速率，并且可以提高其矿化率。但均相催化剂在反应结束后依然会存留于水体中，易引入二次污染；同时，均相催化剂不能回收和重复利用会增加催化剂投资，增大水处理成本。

发明内容

本发明的目的是为了为克服现有技术中的缺陷，而提供一种去除饮用水中污染物的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的负载型钌催化剂能够克服高锰酸钾单独氧化去除微污染物时氧化速率慢和去除效率低，目标污染物无法被完全矿化，以及均相催化剂无法回收重复利用、引入二次污染和增加运行成本等问题，为水体中微污染物的去除提供一种高效、持续的方法。

一种去除水中微污染物的方法，包含如下步骤：

（1）向未处理的饮用水中同时投加高锰酸钾和负载型钌催化剂，将上述混合物置于接触反应器中反应；

（2）利用沉淀池将反应后的催化剂与水分离，得到处理后的水。

所述的负载型钌催化剂为非均相催化剂，其中钌的来源为三羰基二（三苯基膦）合钌、二氯二羰基合钌、二氯四（三苯基膦）合钌、二氯三（三苯基膦）合钌、二氢化羰基三（三苯基膦）合钌、一氯氢化羰基三（三苯基膦）合钌、二氯三羰基合钌二聚物、二氧化钌、四醋酸一氯合二钌、三氯化钌、硫酸钌、乙酰丙酮钌或氯钌酸铵中的一种或一种以上。

所述的负载型钌催化剂的载体为活性氧化铝、二氧化铈、二氧化钛、氢氧化铁、氧化锆、绿色氧化镍、三氧化二铁、羟基氧化铁、四氧化三钴、三氧化二钴、二氧化硅、凹凸棒矿物、陶瓷颗粒、大孔树脂、活性炭、沸石或粘土中的一种或一种以上。

所述的步骤（1）中负载型钌催化剂中钌元素含量为载体重量为0.02~2%。

所述的步骤（1）中反应时间为0.5~2.0h。

所述的步骤（1）中未处理的饮用水的pH为6.5-8.5。

所述的步骤（1）中高锰酸钾的投加量为1.0~12mg/L。

所述的步骤（1）中负载型钌催化剂的投加量为2.0~15mg/L，以钌计。

所述的步骤（1）中未处理的饮用水中含有的微污染物是苯胺类物质、酚类内分泌干扰物或苯并三唑类光稳定剂等微污染物中的一种或一种以上。

所述的苯胺类物质选自苯胺、邻甲基苯胺、间甲基苯胺或对甲基苯胺等中的一种或一种以上。