高新用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的技术与流程

高新用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的技术与流程

本发明涉及吸附和光催化材料和环境领域,特别涉及了一种用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法。

背景技术:

现代工业产生了大量的含多种有机污染物的废水,如抗生素,偶氮染料,农药等。它们在水体中的稳定性高,难以自然降解,而且容易进入水生植物和动物进入食物链富集,从而严重危害生态环境和人体健康。

当前,处理废水中有机污染物常见主要是吸附法,具有快速高效、操作简单等优点。但是吸附剂仅能吸附污染物,不能彻底消除污染物。高级氧化工艺是一种绿色环保地处理水中有机污染物的方法。其中,芬顿反应因为其简单、廉价和易于制备而成为高级氧化工艺中最有效的工艺之一。传统的芬顿反应是指在酸性介质下,亚铁离子作为催化剂发生双氧水歧化反应,产生大量具有强氧化性的羟基自由基。羟基自由基可以将多种有机污染物降解为co2和水,实现彻底分解有机物的目的。但是,传统的芬顿反应使用时要求ph值在2~3的范围内,且会有大量铁泥产生,后处理难。光芬顿体系能在宽ph范围内分解有机物,没有铁泥污染,效率更高。

mgo是常见的碱土金属氧化物,化学稳定性高、无毒,绿色、环保、储量丰富。并且,mgo含有丰富的结构缺陷和表面活性位点,具有光催化双氧水产生羟基自由基的特性。且氧化镁在水中会部分水解产生mg(oh)2,二者联合使用同时具有高的吸附性和光催化性质,能够有效提高降解有机污染物的效率。

技术实现要素:

本发明目的是为克服光芬顿在降解时ph必须为酸性和产生大量铁泥的问题,提供一种同时使用mgo和mg(oh)2高效吸附并快速降解水中有机污染物的方法。

本发明的目的是这样实现的:

一种用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,向有机污染物水中投加富氧空位氧化镁纳米片,一部分氧化镁发生水解反应变为氢氧化镁,在初始阶段,氧化镁和氢氧化镁快速吸附有机污染物,吸附平衡后,再向体系中加入双氧水和可见光,搅拌,体系发生光芬顿降解反应,氧化镁和氢氧化镁快速将有机污染物降解为co2和水。

本发明还包括这样一些特征:

所述氧化纳米片的制备方法具体为:

(1)将碱式碳酸镁,碳酸镁,氢氧化镁,氧化镁,氯化镁,乙酸镁,硝酸镁中的一种或几种,在在氩气气氛下400-800℃下煅烧2-4h;

(2)将步骤(1)得到的粉末在加入到一定量的溶剂中,同时添加一定量聚乙二醇,镁原料与聚乙二醇的比例为(20-50):1,在50℃-100℃,分散2-4h;分离,洗涤,在60-80℃下干燥12-24小时;

(3)将步骤(2)得到的粉末在氩气气氛下400-800℃下煅烧2-4小时得到富氧空位氧化纳米片。

所述有机污染物废水的ph值范围为6-14;

所述氧化镁投入量与有机污染物质量之比范围为100:(30-60);

所述有机污染物溶液与双氧水投量体积之比范围为100:(5-10);

所述有机污染物为环丙沙星、四环素亚甲基蓝、罗丹明b、酸性橙、甲基橙对硝基苯酚,苯酚和双酚a中的一种或多种。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

本发明采用了廉价无毒的mgo作为吸附剂和催化剂,利用惰性气氛高温处理得到了富氧空位mgo。同时,也利用了mgo在水解特性,在水溶液中部分水解生成了mg(oh)2。二者均具有高吸附容量,另外,mgo能高效光催化分解双氧水产生羟基自由基,实现了mgo和mg(oh)2共同作用高效去除有机污染物的效果。

对于环丙沙星的去除率为82.07%(90分钟),四环素的去除率为98.15%(50mg/l,60分钟),亚甲基蓝的去除率为99.15%(70分钟)。

附图说明

图1是富氧空位氢氧化镁化镁纳米片的sem图谱,从图中可以看出,所制备的mgo是纳米片;

图2是富氧空位氧化镁和氢氧化镁化镁纳米片吸附环丙沙星的效率曲线,(环丙沙星浓度20mg/l,mgo投量1g/l);

图3是富氧空位氧化镁和氢氧化镁纳米片吸附和降解四环素的效率曲线,(四环素浓度分别是50mg/l、80mg/l,mgo投量1g/l);

图4是富氧空位氧化镁和氢氧化镁纳米片降解亚甲基蓝的效率曲线,(亚甲基蓝浓度为100mg/l,mgo投量1g/l)。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

采用惰性气氛高温处理的方法,制备富氧空位氧化镁。向有机污染物水中投加所制备的富氧空位氧化镁纳米片,由于氧化镁发生水解反应,一部分变为氢氧化镁。这时,氧化镁和氢氧化镁在初始阶段快速吸附有机污染物,吸附平衡后,再向体系中投加一定量的双氧水,加可见光,搅拌,发生光芬顿降解反应。

我们结合吸附法和类芬顿法的优点,在氩气下处理氧化镁制备了大比表面积和表面高富氧空位的氧化镁,当氧化镁投入到有机废水中时由于水解作用部分产生了富氧空位的氢氧化镁。富氧空位的氧化镁和氢氧化镁具有优异的吸附性能,同时在可见光的作用下可以作为类芬顿试剂活化双氧水产生羟基自由基,彻底地降解有机污染物。

根据上述要求,提供一种大比表面积和表面高富氧空位氢氧化镁纳米片的合成方法,所述方法包括如下步骤。

(1)将碱式碳酸镁,碳酸镁,氢氧化镁,氧化镁,氯化镁,乙酸镁,硝酸镁中的一种或几种,在在氩气气氛下400-800℃下煅烧2-4h。

(2)将步骤(1)得到的粉末在加入到一定量的溶剂中,同时添加一定量聚乙二醇,镁原料与聚乙二醇的比例为(20-50):1,在50℃-100℃,分散2-4h。分离,洗涤,在60-80℃下干燥12-24小时。

(3)将步骤(2)得到的粉末在氩气气氛下400-800℃下煅烧2-4小时。

氧化镁和氢氧化镁表面的存在大量的氧空位。氧空位可以高效地吸收有机污染物,吸附达到饱和后,在可见光的作用下,氧空位能够活化双氧水产生高活性羟基自由基,实现对有机污染物的高效降解。

提供一种去除水中有机污染物的方法,通过向含有有机污染物的废水中以投加2中(3)的白色粉末,吸附大量的污染物,然后再投加的双氧水(每100mg污染物投加5-10ml双氧水),加可见光光照,快速降解有机污染物。

优选的,所选氧化镁投入量与有机污染物质量之比为100:(30-60)。

优选的,所选有每100mg污染物投加10ml双氧水。

优选的,所选含有机污染物的废水的ph值为6-14。可通过加入naoh或盐酸调节污染物溶液的ph。

优选的,所选含有机污染物包括抗生素(环丙沙星,四环素)有机染料(亚甲基蓝,罗丹明b,酸性橙,甲基橙)、其他有机物污染物(对硝基苯酚,苯酚,双酚a)。

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,本发明通过下列实施例进一步说明。显然,下列实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。

本发明的实施实例:取一定量的碱式碳酸镁,在氩气气氛下600℃煅烧2h,得到氧化镁粉末。将40g上述粉末加入到200ml去离子水中,加入1g聚乙二醇8000,在100℃分散2h,抽滤,在80℃下干燥12h,得到白色粉末。将白色粉末在氩气气氛下600℃煅烧2h,得到富氧空位的氧化镁。在将0.1g富氧空位的氧化镁粉末投入一定量含有有机污染物的废水中(环丙沙星20mg/l对应图2,四环素浓度分别是50mg/l、80mg/l对应图3,亚甲基蓝浓度为100mg/l对应图4),mgo会部分水解为氢氧化镁,加可见光,进行吸附和光催化降解。对于环丙沙星的去除率为82.07%(90分钟),四环素的去除率为98.15%(50mg/l,60分钟),亚甲基蓝的去除率为99.15%(70分钟)。

综上所述:本发明公开了一种采用富氧空位的氧化镁和氢氧化镁联用高效去除水中有机污染物的方法。其中,氧化镁和氢氧化镁既作为吸附剂也作为光催化剂,属于光催化和环境功能材料领域。将富氧空位氧化镁放入有机污染物废水中,氧化镁部分发生水解反应生成富氧空位氢氧化镁。富含氧空位的氧化镁和氢氧化镁可以同时高效吸收有机污染物,在可见光作用下,也能活化双氧水产生高活性的羟基自由基,从而实现了有机污染物的高效降解。本发明利用富氧空位氧化镁的水解产生氢氧化镁、吸附和高活性的性质,结合吸附和光催化,实现了有机污染物地高效去除,为水环境治理提供了一种新的思路。

技术特征:

1.一种用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,其特征在于:向有机污染物水中投加富氧空位氧化镁纳米片,一部分氧化镁发生水解反应变为氢氧化镁,在初始阶段,氧化镁和氢氧化镁快速吸附有机污染物,吸附平衡后,再向体系中加入双氧水和可见光,搅拌,体系发生光芬顿降解反应,氧化镁和氢氧化镁快速将有机污染物降解为co2和水。

2.根据权利要求1所述的用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,其特征在于:所述氧化纳米片的制备方法具体为:

(1)将碱式碳酸镁,碳酸镁,氢氧化镁,氧化镁,氯化镁,乙酸镁,硝酸镁中的一种或几种,在在氩气气氛下400-800℃下煅烧2-4h;

(2)将步骤(1)得到的粉末在加入到一定量的溶剂中,同时添加一定量聚乙二醇,镁原料与聚乙二醇的比例为(20-50):1,在50℃-100℃,分散2-4h;分离,洗涤,在60-80℃下干燥12-24小时;

(3)将步骤(2)得到的粉末在氩气气氛下400-800℃下煅烧2-4小时得到富氧空位氧化纳米片。

3.根据权利要求1所述的用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,其特征在于:所述有机污染物废水的ph值范围为6-14。

4.根据权利要求1所述的用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,其特征在于:所述氧化镁投入量与有机污染物质量之比范围为100:(30-60)。

5.根据权利要求1所述的用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,其特征在于:所述有机污染物溶液与双氧水投量体积之比范围为100:(5-10)。

6.根据权利要求1所述的用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,其特征在于:所述有机污染物为环丙沙星、四环素亚甲基蓝、罗丹明b、酸性橙、甲基橙对硝基苯酚,苯酚和双酚a中的一种或多种。

技术总结
本发明提供一种用富氧空位氧化镁和氢氧化镁去除水中有机污染物的方法,向有机污染物水中投加富氧空位氧化镁纳米片,氧化镁发生水解反应变为氢氧化镁,氧化镁和氢氧化镁快速吸附有机污染物,吸附平衡后,再向体系中加入双氧水和可见光,搅拌,体系发生光芬顿降解反应,氧化镁和氢氧化镁快速将有机污染物降解为CO2和水。本发明采用了廉价无毒的MgO作为吸附剂和催化剂,利用惰性气氛高温处理得到了富氧空位MgO,同时,也利用了MgO在水解特性,在水溶液中部分水解生成了Mg(OH)2,二者均具有高吸附容量,另外,MgO能高效光催化分解双氧水产生羟基自由基,实现了MgO和Mg(OH)2共同作用高效去除有机污染物的效果。

技术开发人、权利持有人:冯静;曹乃文;魏彤;范壮军

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