[发明专利]一种硫化铁基材料高效催化过氧乙酸处理药物污染废水的方法

说明书

本发明提供了一种硫化铁基材料高效催化过氧乙酸处理药物污染废水的方法，步骤如下：向药物污染废水中加入微米级硫化零价铁和过氧乙酸，在搅拌条件下处理所述废水10～15min；在废水处理过程中，微米级硫化零价铁活化过氧乙酸产生有机自由基以及羟基自由基降解废水中的药物污染物，完成对一批次的废水的处理后，将微米级硫化零价铁回收用于下一批次的废水处理；所述微米级硫化零价铁是将硫粉与微米级零价铁混合后充分球磨制备得到的，微米级硫化零价铁中的铁物种包括Fe²⁺、Fe³⁺和Fe⁰，硫物种包括SO₄^2‑、SO₃^2‑、S_n^2‑以及S^2‑。本发明可提高对药物污染废水的降解效率，改善催化材料的循环使用性能并降低废水处理成本。

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，涉及硫化铁基材料高效催化过氧乙酸处理废水的方法。

背景技术

医院污水等废水中，多种药物与病原微生物共存，严重威胁着环境和人类健康。目前迫切需要高效且生态友好的方法来同时实现对废水的灭菌和药物污染物的降解。过氧乙酸(PAA)由于其杀菌能力强、毒性副产物形成有限的优点，在美国、加拿大和欧洲已被应用于废水消毒。与次氯酸钠(NaOCl)相比，PAA在控制肠道微生物方面更有效，说明PAA在替代NaOCl对废水进行消毒方面具有很高的潜力。然而，由于PAA的高选择性，无法降解萘普生、布洛芬、吉非洛齐、双氯芬酸和氯纤维酸等药物，通过引入外部能量和催化剂能够促进PAA的氧化能力，产生大量的活性氧化自由基(ROS)。因此，利用经济有效的催化剂成功活化PAA将是实现消毒和微有机污染物降解的一种有前景的策略。

Fe²⁺和Co²⁺都被报道用于催化分解PAA，可降解芳香族有机化合物、有机染料、药物以及内分泌干扰物。但是，均相体系存在着含金属污泥堆积、金属离子补充导致运行成本过高等缺点，相对而言，多相催化剂在实际应用中更具可行性。在之前研究的非均相体系中，超声辅助非均相MnO₂/PAA过程降解90％的苯酚需要120min。CoFe₂O₄的引入虽然可增强PAA的分解和ROS的生成，在中性条件下30min对磺胺甲恶唑的降解效率可达到大约90％。然而，从CoFe₂O₄中浸出的钴具有毒性和致癌性，会对人类健康构成威胁。虽然80％～90％的磺胺类抗生素在MoS₂/PAA体系中处理15min后可被去除，但该体系的稳定性并不理想，在第5次循环时降解效率会下降到20％。因此，开发出高效、环保、经济、稳定的PAA活化催化剂是十分有必要的。

零价铁(ZVI)由于具有高还原性、来源丰富和环境友好性，废水处理后生成无毒的氧化铁，因此被广泛应用于重金属吸附、难降解污染物的还原、催化O₂、H₂O₂、过氧二硫酸盐和过氧单硫酸盐用于氧化微污染物。ZVI可以缓慢释放Fe²⁺，避免了Fe²⁺的快速耗尽和过量添加诱导的ROS清除。然而，有限的固液界面反应、反应过程中产生的铁氧化物钝化层阻碍了电子转移以及Fe³⁺难以再生成为了ZVI基AOPs获得满意降解效率的限制因素。在过去的几十年里，人们一直致力于改善ZVI的反应性。将ZVI的尺寸减小到具有大比表面积的纳米级是获得良好性能的公认策略之一，但其制备成本和生物毒性却限制了它的大规模应用。在ZVI上加载第二种金属也受到了研究人员的青睐，但通常采用的第二种金属为Ni、Co、Cu等生物毒性较高的重金属或Pd、Pt等贵金属，这些催化剂的大规模应用也受到了制备成本和生物毒性的限制。因此，若能针对PAA开发出成本低廉、稳定性和循环使用性能更好的催化剂，对于药物废水的降解将产生积极的促进作用。

发明内容