【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于污水處理領域，尤其涉及一種利用芬頓反應處理廢水的方法。
技術介紹
1、隨著工業文明的發展和社會經濟的繁榮，產生了大量的工業廢水和生活污水，對生態環境具有嚴重的潛在危害。由于可形成強氧化活性物種，基于過一硫酸鹽(pms)的類芬頓反應對于廢水中持久性有機污染物具有出色的去除效果。然而，廢水組分十分復雜，自由基活性物質會被廢水中的離子、溶解有機質等快速淬滅，嚴重抑制廢水中有機物的去除效率。相比之下，非自由基催化抗干擾能力強，是處理實際廢水的一種有效策略。
2、在非自由基催化中，相對于直接電子轉移和高價金屬氧化物等，單線態氧(1o2)具有較高的氧化還原電勢、抗干擾能力和綠色轉化途徑，是最佳的氧化物質。多種異相催化劑被開發用于活化pms生成1o2，以提高廢水處理性能。例如，碳基催化劑，通過調整碳的共軛結構，在含氧官能團的輔助下，hso5-可以被有效氧化為so5·-，從而在自我重組后轉化為1o2。然而，碳基材料介導的非自由基催化存在活性位點少、電子離域弱等缺點，難以廣泛應用于實際廢水處理過程。近年來，單原子催化劑(sacs)因其豐富的活性位點和較高的原子利用率在非自由基催化領域受到了廣泛關注。據報道，鐵基、鈷基、或銅基sacs可以實現在類芬頓反應中幾乎100％的選擇性生產1o2。充分暴露的fe、co或cu原子充當電子受體，有效地誘導pms的氧化和自復合。然而，金屬原子位點電子的獲得或丟失很容易破壞它們的配位結構，導致離子的浸出和催化劑的不穩定性。因此，迫切需要開發具有高穩定性和高1o2生成選擇性的新型類芬頓催化劑。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題是，克服以上
技術介紹
中提到的不足和缺陷，提供一種1o2生成效率高、選擇性高、催化劑不易失穩的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法。
2、為解決上述技術問題，本專利技術提出的技術方案為：
3、一種尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，包括以下步驟：向有機廢水中加入尖晶石催化劑，充分攪拌使尖晶石催化劑與有機廢水中的有機污染物達到吸附平衡，再加入pms(過一硫酸鹽)，在尖晶石催化劑的催化作用下，促進so5·-的形成和進一步轉化，以生成1o2，實現有機廢水中的有機污染物中氧化降解；
4、所述尖晶石催化劑為通過向fe3o4中引入其他d軌道電子半充滿金屬元素而得，通過引入其他d軌道電子半充滿金屬元素，增強四面體位fetd2+和八面體位feoh3+之間的電子離域，激活尖晶石中的fetd2+-o-feoh3+電子通道，誘導feoh3+位點的pms電子通過fetd2+-o-feoh3+電子通道自發轉移到fetd2+位點的pms上，pms氧化過程中的電子通過尖晶石催化劑轉移到pms還原過程，尖晶石催化劑不直接發生電子得失，只作為電子傳遞載體。
5、上述尖晶石介導的非自由基催化氧化方法中，優選的，所述d軌道電子半充滿金屬元素與fe的摩爾比為0.8：2.2。更優選的，所述d軌道電子半充滿金屬元素為ni、cu或zn中的任一種，所述尖晶石催化劑為ni0.8fe2.2o4、cu0.8fe2.2o4或zn0.8fe2.2o4中的任一種。
6、上述尖晶石介導的非自由基催化氧化方法中，優選的，所述尖晶石催化劑的制備方法包括以下步驟：將硝酸鎳、硝酸銅或硝酸鋅中的任一種和硝酸鐵溶解于乙醇中得到混合液a，將聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙醇中得到混合液b，再將混合液b加入混合液a中，攪拌均勻得到混合液c，然后將混合液c置于高壓釜中，于130-150℃(更優選的為140℃)下維持5-7h(更優選的為6h)，待高壓釜自然冷卻至室溫后，用去離子水和乙醇洗滌收集材料，冷凍干燥，即得到所述尖晶石催化劑。上述制備方法，有利于制備得到本專利技術所需結構的尖晶石催化劑，有利于尖晶石催化劑發揮本專利技術特定的作用機理。
7、上述尖晶石介導的非自由基催化氧化方法中，優選的，所述有機廢水中的有機污染物的濃度為10-40mg?l-1。
8、上述尖晶石介導的非自由基催化氧化方法中，優選的，pms加入量以使反應體系中pms的濃度為0.2-1mm。
9、上述尖晶石介導的非自由基催化氧化方法中，優選的，向有機廢水中加入尖晶石催化劑后，直至氧化降解完成，該段時間內一直持續攪拌。比如吸附過程和反應過程持續攪拌2h，反應過程中可產生足量的單線態氧。
10、本專利技術針對傳統類芬頓體系處理廢水過程中1o2生成效率低、選擇性差、催化劑易失穩的問題，提供了一種尖晶石電子離域調控強化非自由基處理廢水的新方法。通過向尖晶石fe3o4的四面體位fetd2+中引入電子軌道填充度較高的金屬元素(d軌道電子半充滿元素)，以增強fetd2+和八面體位feoh3+之間的電子離域，從而激活尖晶石中的fetd2+-o-feoh3+電子通道，誘導feoh3+位點的pms電子通過fetd2+-o-feoh3+電子通道自發轉移到fetd2+位點的pms上，使催化劑不直接發生電子得失，只作為電子傳遞載體，保持高穩定性，并加速so5·-的形成和進一步轉化，提高了非自由基物種(單線態氧，1o2)的生成效率和選擇性，強化廢水中有機污染物的去除性能。
11、以cu為例，更詳細的機理介紹如下：cu?d軌道電子半充滿，其軌道填充度較高，cu3d軌道與o?2p軌道之間存在電子排斥，而fe?3d與o?2p軌道具有π-donation效應。在fe3o4中引入cu2+可以有效地結合電子排斥和π-donation效應的作用，進一步調節fetd2+和feoh3+位點之間的電子離域，從而激活了fetd2+-o-feoh3+的電子通道，使氧化過程中的電子可以通過fetd2+-o-feoh3+鍵進行電子轉移，避免催化劑本身中電子的增益和損失，實現實現催化劑的高穩定性和類芬頓反應中1o2的高效生成。
12、本專利技術發現，在基于pms的類芬頓反應中，1o2的形成是由so5·-中間體進一步氧化而來。與so5·-本身相比，具有高氧化還原電位的so4·-和·oh表現出更強的so5·-選擇性轉化為1o2的活性。更重要的是，so4·-和·oh來自于pms的還原，so5·-來自于pms的氧化。如果能將pms氧化過程中的電子通過催化劑轉移到pms還原過程中，就可以避免催化劑本身中電子的得失，維持催化劑高穩定性的同時促進1o2高效生成，極大地提高類芬頓體系在實際應用中的前景。尖晶石氧化物(ab2o4)是非自由基催化所需的芬頓類催化劑，具有穩定的結構和幾個可調節的活性位點。一般來說，四面體atd2+和八面體boh3+與pms的相互作用較強，因為它們的電子軌道有許多低能鋪設帶。此外，atd2+和boh3+分別可以作為pms還原和氧化的位點。然而，由于傳統尖晶石氧化物如fe3o4和co3o4中atd2+-o-boh3+鍵的電子離域較低，在催化過程中不可能誘導電子從boh3+轉移到atd2+位點。迄今為止，尖晶石氧化物誘導pms的激活仍然依賴于自身電子的獲得和損失，從而犧牲其穩定性。因此，迫切需要優化atd2+和boh3本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，包括以下步驟：向有機廢水中加入尖晶石催化劑，充分攪拌使尖晶石催化劑與有機廢水中的有機污染物達到吸附平衡，再加入PMS，在尖晶石催化劑的催化作用下，促進SO5·-的形成和進一步轉化，以生成1O2，實現有機廢水中的有機污染物中氧化降解；
2.根據權利要求1所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述d軌道電子半充滿金屬元素與Fe的摩爾比為0.8：2.2。
3.根據權利要求2所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述d軌道電子半充滿金屬元素為Ni、Cu或Zn中的任一種，所述尖晶石催化劑為Ni0.8Fe2.2O4、Cu0.8Fe2.2O4或Zn0.8Fe2.2O4中的任一種。
4.根據權利要求3所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述尖晶石催化劑的制備方法包括以下步驟：將硝酸鎳、硝酸銅或硝酸鋅中的任一種和硝酸鐵溶解于乙醇中得到混合液A，將聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙醇中得到混合液B，再將混合液B加入混合液A中，攪拌均勻得到混合液C，然后將混合液C置于高壓釜中，于1
5.根據權利要求1-4中任一項所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述有機廢水中的有機污染物的濃度為10-40mg?L-1。
6.根據權利要求1-4中任一項所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，PMS加入量以使反應體系中PMS的濃度為0.2-1mM。
7.根據權利要求1-4中任一項所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，向有機廢水中加入尖晶石催化劑后，直至氧化降解完成，該段時間內一直持續攪拌。
...【技術特征摘要】
1.一種尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，包括以下步驟：向有機廢水中加入尖晶石催化劑，充分攪拌使尖晶石催化劑與有機廢水中的有機污染物達到吸附平衡，再加入pms，在尖晶石催化劑的催化作用下，促進so5·-的形成和進一步轉化，以生成1o2，實現有機廢水中的有機污染物中氧化降解；
2.根據權利要求1所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述d軌道電子半充滿金屬元素與fe的摩爾比為0.8：2.2。
3.根據權利要求2所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述d軌道電子半充滿金屬元素為ni、cu或zn中的任一種，所述尖晶石催化劑為ni0.8fe2.2o4、cu0.8fe2.2o4或zn0.8fe2.2o4中的任一種。
4.根據權利要求3所述的尖晶石介導的非自由基催化氧化方法，其特征在于，所述尖晶石催化劑的制備方法包括以下...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉兆清，田磊，郝樂洋，趙羽晨，湯子君，徐毅，
申請(專利權)人：佛山市菲瑪斯日用品有限公司，
類型：發明
國別省市：
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