一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法和装置

本发明涉及电化学高级氧化和水处理，具体涉及一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法和装置。

背景技术：

1、磺胺甲噁唑作为磺胺类抗生素药物之一，因其治疗效果显著且价格实惠，在医学领域广泛应用。然而，磺胺甲噁唑在生物体内不能被完全代谢吸收利用，约有50%-80%的磺胺甲噁唑以原始形态随代谢产物排出体外。而现有的传统城市污水处理技术无法高效去除磺胺甲噁唑，导致其进入自然水环境。目前，河流中检测出不同程度的抗生素，其中包括磺胺甲噁唑。尽管环境中磺胺甲噁唑的浓度较低，但其半衰期长且具有亲水性，易导致生物累积和迁移转化，对生态系统和人类健康构成严重威胁。长期暴露于低浓度抗生素可能加剧抗生素耐药性病原体的发展，降低抗生素治疗疾病的效果，对人类健康造成潜在威胁。因此，迫切需要开发一种经济高效去除水中磺胺甲噁唑的方法。

2、目前，用于去除磺胺甲噁唑的新技术主要包括微生物处理法、吸附法和高级氧化法。其中，微生物处理法周期长，微生物培养环境严苛困难，且可能产生耐药性。吸附法虽然操作简单成本较低，但不能实现污染物彻底降解，吸附材料的再生以及后续处置问题仍待解决。高级氧化技术通过氧化剂在能量或催化剂作用下产生的活性氧物种（ros），可将抗生素降解为小分子中间体或彻底矿化为二氧化碳（co2）、水（h2o）和无机盐，实现了彻底去除水中的污染物，因此被认为是更具有前景的技术。然而，现有的高级氧化技术通常需要加入外源氧化剂和催化剂，这增加了材料和运输成本。此外，由于不合理的矿山开采，工业和生活废水的随意排放以及农业化肥的过量施用，导致了水环境中硫酸盐污染，对硫酸盐的处理同样成为现在水处理中的难题。过硫酸盐的活化方式众多，其中过渡金属能有效激活过硫酸盐形成活性氧物种。过渡金属铜因为其相对毒性低、有效ph范围广且成本效益高等特点，常用于高级氧化技术。同时，应用广泛且成本低的铜在各类人工排放废水中均有发现。据调查显示，在市政废水中检测到铜离子浓度范围为0.2-8.0 mg/l，在人工矿业废水中甚至可以达到100 mg/l。

3、因此，亟需提供一种去除磺胺类抗生素的新技术，在实现磺胺类抗生素高效降解的同时，还能够充分利用水体中的硫酸根离子和铜离子达到经济绿色的目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法和装置，解决现有技术中水体中磺胺类抗生素去除难度大、成本高的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，包括以下步骤：

3、将阴极和阳极分别置于电解液中，在外加电源的条件下进行电化学处理；其中，电解液的组成包括：硫酸盐、铜盐和溶剂。

4、第二方面，本发明提供一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的装置，包括：电源、阴极、阳极、电解液、电解池和搅拌机构；其中，

5、电解池用于盛放电解液；

6、阳极和阴极放置于电解池内且浸泡至电解液中；

7、阳极和阴极分别与电源的正负极连接；

8、本发明第二方面提供的电化学加速铜离子活化过硫酸盐的装置用于执行本发明第一方面提供的电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法。

9、第三方面，本发明提供一种磺胺类抗生素的降解方法，包括以下步骤：

10、采用本发明第一方面提供的电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法降解磺胺类抗生素；其中，电解液中还包括磺胺类抗生素。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

12、本发明以含铜和硫酸盐的溶液作为电解液，直接利用溶液中的硫酸根生成过硫酸盐，同时利用铜离子氧化还原循环中产生的一价铜将过硫酸盐激活，在高效率降解磺胺类抗生素的同时，充分利用了废水中的硫酸根离子和铜离子，不需要额外添加氧化剂和催化剂，节省原材料成本，操作和使用简便，达到经济绿色的目标；本发明的电化学装置简单，可广泛推广。

技术特征：

1.一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，其特征在于，所述硫酸盐为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铜中的至少一种；所述铜盐为氯化铜、硫酸铜中的至少一种；所述溶剂为水。

3. 根据权利要求1所述电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，其特征在于，所述电解液中，硫酸根离子的浓度为0.1-20 mmol/l，铜离子的浓度为0.1-2 mmol/l，腐殖酸的浓度为0-20mg/l，硝酸钠的浓度为0-15 mmol/l，碳酸钠的浓度为0-30 mmol/l，碳酸氢钠的浓度为0-20 mmol/l；所述电解液的ph为3-11。

4.根据权利要求1所述电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，其特征在于，所述阴极为铂金属，所述阳极为钛金属。

5. 根据权利要求1所述电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，其特征在于，电源电压为10-30 v。

6.一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的装置，其特征在于，包括：电源、阴极、阳极、电解液、电解池和搅拌机构；其中，

7.根据权利要求6所述电化学加速铜离子活化过硫酸盐的装置，其特征在于，所述电解池为单室电解池；所述电源为稳压直流电源；所述搅拌机构包括磁转子和磁力搅拌器。

8.根据权利要求6所述电化学加速铜离子活化过硫酸盐的装置，其特征在于，所述电解池的顶部设置有电解池盖，所述电解池盖为三孔电解池盖。

9.一种磺胺类抗生素的降解方法，其特征在于，包括以下步骤：

10. 根据权利要求9所述磺胺类抗生素的降解方法，其特征在于，所述磺胺类抗生素为磺胺甲噁唑、磺胺甲氧嗪和磺胺嘧啶中的至少一种；所述磺胺类抗生素的的浓度为4-6 mg/l。

技术总结本发明公开了一种电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法和装置。该电化学加速铜离子活化过硫酸盐的方法，包括以下步骤：将阴极和阳极分别置于电解液中，在外加电源的条件下进行电化学处理；其中，电解液的组成包括：硫酸盐、铜盐和溶剂。本发明以含铜和硫酸盐的溶液作为电解液，直接利用溶液中的硫酸根生成过硫酸盐，同时利用铜离子氧化还原循环中产生的一价铜将过硫酸盐激活，在高效率降解磺胺类抗生素的同时，充分利用了废水中的硫酸根离子和铜离子，不需要额外添加氧化剂和催化剂，节省原材料成本，操作和使用简便，达到经济绿色的目标；本发明的电化学装置简单，可广泛推广。技术研发人员：张祖麟,周宇生,马永飞,邓志康,曾晨钰,母芮,刘亦凡受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26