一种催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法

本发明属于水处理，具体涉及催化微波活化过硫酸盐降解废水中有机污染物的方法。

背景技术：

1、抗生素是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类化学物质，已被广泛用于预防和治疗人类和动物疾病。但是由于排泄物、废弃药物的不合理处理以及污水处理技术的不完善等原因，导致在城市污水、地表水、地下水含有抗生素等有机污染物，对环境、人体、动物等造成损害。

2、过硫酸盐(ps)主要包括过双硫酸盐和过单硫酸盐。ps作为一种强氧化剂，其氧化还原电位分别为2.01v和1.82v，但在降解实验中与有机污染物直接反应存在反应速率较低、耗时长等问题。ps目前可通过多种方法被激活，如加热，紫外照射、碱活化、超声波和金属离子等。然而，热活化需要提供的热能非常高。金属离子活化回收难、易二次污染。碱活化体系存在废水再处理以及改变废水性质等问题。

3、微波技术用于治理环境污染也是近年来兴起的一个新的研究领域，因其快速、高效节能和无二次污染等特点而倍受研究者的青睐。微波作为一种具有极强穿透力的电磁波，一方面，利用微波的热效应使得微波活化过硫酸盐法呈现出加热速度快、降解反应效率高、反应时间短、无二次污染等特点。另一方面，利用微波的非热效应可使催化剂的极性部分处于快速震荡状态，从而减弱分子中化学键的强度，降低反应的活化能，继而降解有机污染物，极大提高微波活化过硫酸盐的效率。目前已有研究学者们通过微波辐射催化剂活化过硫酸盐体系降解污染物。然而，目前所设计的催化剂并未实现微波活化过硫酸盐效率的最大化，使得对抗生素废水的处理存在周期长，降解不彻底等问题。

4、因此，还需进一步开发能够快速全面催化氧化降解含有抗生素等有机污染废水的处理方法，以满足目前水处理的需求。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法，利用催化剂，提高微波的吸收率，协同微波增强对过硫酸盐的催化活性，提高过硫酸盐的利用率，实现进一步增强对抗生素等的降解效果，从而完成本发明。

2、本发明的目的在于提供一种催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法，所述方法中，以过渡金属化合物为催化剂，在微波作用下，催化活化过硫酸盐，催化氧化有机废水中的有机污染物。

3、所述有机污染物选自抗生素和染料类有机物中的一种或几种，优选为喹诺酮类抗生素、四环素类抗生素和染料类有机物中的一种或几种，更优选为环丙沙星、左氧氟沙星、盐酸四环素和罗丹明b中的一种或几种。

4、所述催化剂选自镧系金属和第八族过渡金属氧化物或复合氧化物中的一种或几种，优选为镧、铁、钴和镍的氧化物或复合氧化物中的一种或几种，更优选为钴的氧化物和镧铁复合氧化物中的一种或几种，如钴的氧化物或铁酸镧lafeo3。

5、本发明的目的还在于提供所述催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的催化剂。所述催化剂通过将过渡金属盐溶解到溶剂中，在沉淀剂的作用下，密闭高温水热反应，得到催化剂前驱体，再经焙烧得到。

6、所述过渡金属选自镧系金属和第八族过渡金属中的一种或几种，优选为镧、铁、钴和镍中的一种或几种，更优选为钴、镧和铁中的一种或几种，如镧和铁、钴。

7、本发明的又一目的在于提供所述所述催化微波活化过硫酸盐降解有机废水催化剂的制备方法，所述方法中，通过将过渡金属盐溶解到溶剂中，在沉淀剂的作用下，密闭高温水热反应，沉降得到催化剂前驱体，再经焙烧得到。

8、所述方法具体包括以下步骤：

9、步骤1、将过渡金属盐溶解在溶剂中，加入沉淀剂，得到反应液；

10、步骤2、所述反应液在密闭高温条件下，进行水热反应，分离、洗涤、干燥得到催化剂前驱体；

11、步骤3、焙烧催化剂前驱体，得到催化剂。

12、本发明提供的催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法具有以下有益效果：

13、(1)本发明中以镧系金属和第八族过渡金属氧化物或复合氧化物作为催化剂，可以提高过硫酸盐的微波活化性能，增加微波的吸收效果，进而实现提高抗生素、染料等的去除效果。

14、(2)本发明的氧化钴催化剂中，co3+和co2+分别作为微波催化活性中心和氧化还原催化活性中心。微波催化活性中心的增加提高了催化剂的微波吸收性能，使得微波的“热点”效应和非热效应都最大化；氧化还原催化活性中心的增加提高了过硫酸盐的利用率，促进了活性物种的产生。经合理调控两种催化活性位点含量的催化剂，对环丙沙星等抗生素呈现最佳的降解性能和矿化效率。

15、(3)本发明的有机污染物去除方法，催化剂在多次循环使用后，催化剂自身结构和性能稳定，可以持续循环对有机污染物进行降解。

16、(4)本发明中的催化剂具有良好的催化活化性能，在微波作用下，可催化活化过硫酸盐产生硫酸根自由基、羟基自由基、超氧自由基以及单线态氧等活性基团，进而进一步提高污染物的降解速率和降解率，满足含有染料、抗生素等有机污染废水的处理要求。

技术特征：

1.一种催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法，所述方法中，以过渡金属化合物为催化剂，在微波作用下，催化活化过硫酸盐，催化氧化有机废水中的有机污染物，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机污染物选自抗生素和染料类有机物中的一种或几种，优选为喹诺酮类抗生素、四环素类抗生素和染料类有机物中的一种或几种，更优选为环丙沙星、左氧氟沙星、盐酸四环素和罗丹明b中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂选自镧、铁、钴和镍的氧化物或复合氧化物中的一种或几种，优选为钴的氧化物和镧铁复合氧化物中的一种或几种，更优选为钴的氧化物或铁酸镧lafeo3。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述钴的氧化物中，二价钴和三价钴的摩尔比为(6.4-7.2):(2.8-3.6)，优选为(6.6-7.0):(3.0-3.4)，更优选为(6.85-6.95):(3.05-3.15)。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐选自过双硫酸盐和过单硫酸盐中的一种或几种，优选为过硫酸铵、金属过双硫酸盐和金属过单硫酸盐中的一种或几种，更优选为过硫酸钾和/过硫酸钠。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

8.一种催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的催化剂，其特征在于，所述催化剂用于根据权利要求1所述的催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法，所述催化剂通过将过渡金属盐溶解到溶剂中，在沉淀剂的作用下，密闭高温水热反应，得到催化剂前驱体，再经焙烧得到；

9.根据权利要求8所述的催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法中，通过将过渡金属盐溶解到溶剂中，在沉淀剂的作用下，密闭高温水热反应，沉降得到催化剂前驱体，再经焙烧得到。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

技术总结本发明提供了一种催化微波活化过硫酸盐降解有机废水的方法，所述方法中，以镧系金属和第八族过渡金属氧化物或复合氧化物为催化剂，在微波作用下，催化活化过硫酸盐，催化氧化有机废水中的有机污染物。提高了微波的吸收率，协同微波增强对过硫酸盐的催化活性，进一步增强对抗生素等的降解效果，满足人们对有机废水的处理需求。技术研发人员：吕国诚,于雪莲,田林涛,廖立兵,安晓强,刘亿浩,张进平受保护的技术使用者：中国地质大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/7/11