[发明专利]一种快速、高效、选择性降解水中微量苯并芘的方法

摘要

本发明涉及一种快速、高效、选择性降解水中微量苯并芘的方法。经常规生化处理后的含微量苯并芘的废水在臭氧催化氧化反应器内被填料切割成水膜后，同逆向流动的臭氧或臭氧化空气接触、溶解，在分子印迹填料的选择性吸附、催化氧化耦合作用下选择性地降解废水中的微量苯并芘。本发明将分子印迹技术与臭氧催化氧化技术结合，快速、高效、选择性地处理废水中的微量苯并芘，其中臭氧催化氧化反应器在10min内对臭氧的吸收效率达90％以上，使其对微量苯并芘的去除率达到99％以上。本发明可广泛用于涉及苯并芘的各类污废水的深度及再生利用处理。

主权项

一种快速、高效、选择性降解水中微量苯并芘的方法，其特征在于：第一步，先构建臭氧催化氧化反应器(1)，臭氧催化氧化反应器(1)内部自上而下依次设置布水层(12)、分子印迹修饰催化填料层(11)和储水层(7)共三个功能区，布水层(12)由固定在臭氧催化氧化反应器(1)顶端的悬架(14)和固定在悬架(14)底端的孔径为2‑4mm，开孔率为50％的穿孔布水板(16)构成；分子印迹修饰催化填料层(11)由底端与臭氧催化氧化反应器(1)底部固定，顶端与填料承托板(9)固定的支架(4)，以及填料承托板(9)上的分子印迹修饰填料(10)组成；储水层(7)是臭氧催化氧化反应器(1)底部与填料承托板(9)之间的阻止臭氧随水流从臭氧催化氧化反应器(1)的底部直接流走的水封；臭氧催化氧化反应器(1)壳体的底端中心设有出水口(5)，在储水层(7)与分子印迹修饰催化填料层(11)之间设有液位器(3)和臭氧化气体的进气口(8)，分子印迹修饰催化填料层(11)处设有人孔(17)和填料卸料口(2)；臭氧催化氧化反应器(1)顶端设有进水口(15)和尾气出气口(13)；上述分子印迹修饰填料(10)的制备方法是：Ⅰ，原料选择和计量，按质量比量取硝酸铁：磷酸锰：硫酸镍：五氧化二钒：氧化钾：硫酸铜：甲基丙烯酸：氧化铝＝6‑12：4‑6：2‑5：2‑6：2‑6：3‑5：1‑3：100份，上述原料均为市售分析纯商品；Ⅱ，制备掺铁改性氧化铝载体，先将第一步计量的硝酸铁加水配制成为质量百分浓度为5‑10％的硝酸铁溶液，再将氧化铝作为载体放入硝酸铁溶液中进行离子交换，静置4‑6小时，过滤，将过滤后得到的含铁氧化铝载体经60‑120℃干燥10‑12h，500‑600℃下焙烧3‑4小时得到掺铁改性氧化铝载体；过滤液回收利用；Ⅲ，催化剂载体制备，先分别将第一步量取的磷酸锰，五氧化二钒和氧化钾加水配制成为质量百分浓度为6％‑8％的磷酸锰溶液，5％‑10％的五氧化二钒溶液和8％‑10％的氧化钾溶液，将三种溶液混合成前体溶液A，再分别将第一步量取的硫酸镍和硫酸铜加水配制成为质量百分浓度为4％‑6％的硫酸镍溶液和4％‑8％的硫酸铜溶液，将这二种溶液混合成为前体溶液B，接着，将第二步得到的掺铁改性氧化铝载体依次浸于前体溶液A和前体溶液B中各3h，每次浸渍后均需经80‑100℃干燥10‑12h，将最后干燥后的改性掺铁氧化铝载体在600‑900℃的惰性气体气氛下焙烧2‑3小时得到催化剂颗粒；将制得的催化剂颗粒加到甲基丙烯酸：氯仿＝1:1体积比的混合溶液中，静置24h后过滤、真空干燥制得催化剂载体；Ⅳ，分子印迹修饰填料(10)的制备，以市售优级纯苯并芘为模板、催化剂载体为功能基材、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、无水乙醇为溶剂、以偶氮二异丁氰为引发剂，量取苯并芘：催化剂载体＝1:10质量比，再量取无水乙醇:质量百分浓度为98％的乙二醇二甲基丙烯酸酯:分析纯偶氮二异丁氰:催化剂载体＝5:1:15:1质量比，然后，先将苯并芘和催化剂载体加入到无水乙醇中，室温下充分搅拌6h，再分别将乙二醇二甲基丙烯酸酯和偶氮二异丁氰加入，在密封、温度为35℃以及搅拌条件下聚合反应15h，所得颗粒先用蒸馏水清洗3次，再用乙醇清洗3次，然后放入烘箱中在55℃下干燥1h，最后放入马弗炉中在400℃温度下煅烧3h，制得分子印迹修饰填料(10)，经检测，该分子印迹修饰填料(10)直径为3～6mm，比表面积大于500m²/m³；第二步，采用一个或多个臭氧催化氧化反应器(1)去除水中微量苯并芘，先将含50ug/L‑100mg/L苯并芘的生化处理后废水泵入臭氧催化氧化反应器(1)的进水口(15)，经过布水板(16)喷洒到分子印迹修饰催化填料层(11)，与下端进气口(8)进入臭氧催化氧化反应器(1)的臭氧，在分子印迹修饰催化填料层(11)切割下形成液膜，液膜在下降过程中和分子印迹修饰催化填料层(11)不断碰撞以及臭氧上推夹攻下，使得液膜厚度减小并且得到不断更新，大幅度增加了气液两相有效接触面积，实现了水分散于气的模式，提高了气、液两相界面更新速率，加快了溶气过程，液膜和臭氧化气体接触并选择性吸附、催化氧化去除了水中苯并芘，最后水经过下端出水口(5)流出，臭氧投加量为50‑100mg/L，臭氧化空气中臭氧浓度为1‑3mg/L，反应器水力停留时间为10‑15min，即可实现臭氧的吸收率至90％以上，苯并芘的去除率达到99.99％。