[发明专利]一种过渡金属叶绿素衍生物类芬顿反应试剂及其应用

说明书

本发明公开了一种用于降解有机污染物的类芬顿试剂及其应用，将水溶性过渡金属叶绿素衍生物(Transition Metal Chlorophyll Derivatives，TMCD)应用于类芬顿反应降解污染物，属于水污染处理领域。本发明的TMCD可与多种氧化剂在水溶液中反应，无需光照条件，就能高效降解各种持久性污染物。在pH大于3的范围内均具有良好的降解效果。使用本发明中的方法，能快速高效地降解多种难降解污染物，效果明显优于现有的芬顿和类芬顿水处理技术。

技术领域

本发明属于环境水污染处理领域，更具体地，涉及一种过渡金属叶绿素衍生物类芬顿反应试剂及其在降解有机污染物中的应用。

背景技术

随着印染、制药、化工等工业的迅猛发展以及农药在农业中大量使用，多种难降解有机废水的排放量日益增加。这些难降解的污染物长期在土壤和水体中积累，有些甚至具有致癌，致畸和致突变作用，对生态环境和人体健康造成了极大的影响。

这些农药、药物、染料等有机污染物，都具有极高的化学稳定性，生物可降解性极差，使得用传统的生物处理方法难以去除，所以对开发一种新的方法来降解这些难降解有机污染物的需求已经迫在眉睫。高级氧化技术对于这些生物可降解性差的污染物具有良好的效果。湿式氧化、电芬顿、超声、光催化技术等，都能在一定程度上降解各种污染物。在所有的高级氧化技术中，芬顿技术由于其操作简单，降解效率高，环境友好等特点受到了研究者们的广泛关注。

经典的芬顿体系通过二价铁与H₂O₂的反应产生羟基自由基和超氧自由基，具有很高的氧化还原电位，能够无选择性的氧化大多数有机物。但是经典的芬顿反应也存在一些缺点，比如Fe(II)与H₂O₂反应生成羟基自由基的速率要比Fe(III)与H₂O₂反应生成Fe(II)的速率高出几个数量级，造成了Fe(III)的大量积累，接着大量的Fe(III)就会因为水解而沉淀下来，阻碍了反应过程中Fe(III)/Fe(II)的循环。所以经典的芬顿反应需要严格控制pH条件为3以下来防止Fe(III)的沉淀，从而大大增加了处理的成本。

为了实现更加高效的Fe(III)/Fe(II)循环，可以通过以下方法对经典的Fenton反应进行改进：(1)在芬顿体系中引入紫外光照射来促进Fe(II)的再生，但也因此带来了能耗和成本过高的问题。(2)用纳米Fe₃O₄的非均相芬顿体系来代替传统的均相芬顿体系，固相的Fe₃O₄催化剂解决了Fe(III)容易沉淀的问题，使得污染物的降解能够在中性的pH条件下进行。但由于Fe离子的浸出缓慢、界面的异相催化反应速率较慢，使得降解污染的效率相比经典芬顿反应要小得多。

近年来的研究发现，氨基羧酸盐等铁的有机配合物能够克服经典芬顿反应的这些缺点，使得污染物的降解能够在中性的pH条件下进行。这些物质中的羧酸基团与其中的叔氮原子相连，金属阳离子位于中心，同时协调约束氮和氧原子，不同于一般配体，这些螯合剂能与单个金属离子形成多个键，将金属离子牢牢的固定在中间。EDTA、NTA、EDDS、草酸、柠檬酸、酒石酸、琥珀酸等配体虽然能够使得芬顿反应在中性条件下进行，而且均能一定程度上促进中性条件下的Fenton反应的效果，但是其降解污染的效率相比经典芬顿反应要小得多。

本领域亟需做出进一步的完善和改进，寻找一种高效的配体，以满足在宽pH条件下通过类芬顿反应来降解多种难降解污染物的需要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种过渡金属叶绿素衍生物类芬顿反应试剂及其在降解有机污染物中的应用，其目的在于通过将过渡金属叶绿素衍生物用作类芬顿试剂，与传统的类芬顿或芬顿氧化剂共同作用于有机污染物，通过产生高价金属-氧配合物作为活性中间体，实现了宽pH范围下多种难降解有机污染物的高效降解，由此解决现有技术的类芬顿反应试剂有机污染物降解效率低、适宜的pH范围窄的技术问题。