一種快速去除水中全氟化物的高級(jí)還原方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于高強(qiáng)紫外-亞硫酸鹽體系，快速去除工業(yè)廢水中難降解有機(jī)物-全氟化物(全氟辛酸PF0A、全氟辛烷磺酸PF0S)的高級(jí)還原方法與裝置，具體涉及的是一種高強(qiáng)紫外光、亞硫酸鹽聯(lián)用還原去除PF0X (X為A或S)的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]由于具有高表面活性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)良的理化性質(zhì)，全氟化物已經(jīng)被廣泛用于乳化劑、防水材料、金屬表面保護(hù)涂層、泡沫滅火劑等各類物質(zhì)的生產(chǎn)。其中，全氟辛酸(PF0A)及全氟辛烷磺酸(PF0S)是最為常見的兩類全氟化物，已經(jīng)在人體、野生動(dòng)物體內(nèi)及各類環(huán)境介質(zhì)中被檢測(cè)到，因而逐漸引起人們的重視。研究表明，這類物質(zhì)具有生物累積性、持久性和毒性，在人體內(nèi)半衰期長(zhǎng)達(dá)幾年，會(huì)對(duì)神經(jīng)、免疫、生殖系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的損害，可能會(huì)引起癌癥等疾病的產(chǎn)生。2009年，PFOS、PF0A及其前驅(qū)物一并被列入《斯德哥爾摩》公約附錄B中，同時(shí)針對(duì)其生產(chǎn)和使用提出了嚴(yán)格的限制。在此背景下，針對(duì)PF0A及PF0S的去除技術(shù)成為研究熱點(diǎn)。
[0003]由于吸電子基團(tuán)(-CF2-)的影響以及C-F較高的鍵能(116 KJ/mol)，基于.0H等自由基展開的氧化方法(包括直接光解、光化學(xué)氧化、光催化氧化等)無(wú)法有效去除PF0A、PF0S，且此類反應(yīng)大多需在高溫、高壓及強(qiáng)酸條件下進(jìn)行，此類反應(yīng)還存在處理時(shí)間長(zhǎng)、脫氟效率低的缺點(diǎn)。
[0004]水合電子(eaq_)是一種強(qiáng)還原劑(E° = _2.9V)，已有研究表明它可快速降解大部分鹵代有機(jī)物，引起-C-X-的斷裂。水合電子可以通過(guò)激光閃光光解K4Fe(CN)6、紫外光照KI或Na2S03產(chǎn)生。在實(shí)際水處理過(guò)程中，激光閃光光解技術(shù)難以廣泛應(yīng)用，而碘化物可能會(huì)對(duì)人體健康造成不利影響，因而紫外光、亞硫酸鹽聯(lián)用技術(shù)成為去除全氟化物的最佳選擇。光通量是影響光化學(xué)反應(yīng)的重要因素之一，高光強(qiáng)紫外燈在相同時(shí)間內(nèi)可提供更多的光子用于反應(yīng)，可有效提高反應(yīng)速率，大大縮短反應(yīng)時(shí)間。因此，利用高強(qiáng)紫外、亞硫酸鹽聯(lián)用技術(shù)去除PFOA、PF0S具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種基于高強(qiáng)紫外-亞硫酸鹽體系快速去除工業(yè)廢水中全氟辛酸及全氟辛烷磺酸的方法和裝置，該體系可在溫和條件下實(shí)現(xiàn)PF0A/PF0S的高效降解及脫氟，反應(yīng)中無(wú)需添加光催化劑，反應(yīng)迅速，真正達(dá)到高效、低耗的目的。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為提供一種快速去除水中全氟化物的高級(jí)還原方法，包括以下步驟
A、向待處理的廢水中投加亞硫酸鈉；
B、將步驟A中混合體系置于磁力攪拌器開始攪拌，并避光保持穩(wěn)定15分鐘； C、將步驟B中混合體系移入惰性石英反應(yīng)器中，打開滑動(dòng)擋板，對(duì)待處理的廢水進(jìn)行高強(qiáng)度紫外光源照射并開始計(jì)時(shí)，到選定的反應(yīng)時(shí)間關(guān)閉滑動(dòng)擋板停止照射并取樣；
D、對(duì)步驟C中的取樣利用液相色譜-三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀測(cè)定全氟辛酸/全氟辛烷磺酸濃度，用氟離子電極測(cè)定氟離子濃度，計(jì)算脫氟率。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟A中亞硫酸鈉的投加量與PF0A或PF0S摩爾比為250?340:1。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟A之前需對(duì)高強(qiáng)度紫外光源進(jìn)行預(yù)熱30分鐘。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟C中需在惰性石英反應(yīng)器外添加恒溫冷卻水槽，用于控制混合體系溫度穩(wěn)定在25°C。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述惰性石英反應(yīng)器為敞口的圓柱形容器。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高強(qiáng)度紫外光源放置于所述惰性石英反應(yīng)器圓心所在的軸線上并距離所述高強(qiáng)度紫外光源5cm處。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟C中高強(qiáng)度紫外光源包括一個(gè)高壓汞燈和石英反射罩，所述高強(qiáng)度紫外光源內(nèi)含濾光片并內(nèi)置不同孔徑密度的光篩。
[0013]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高強(qiáng)度紫外光源的發(fā)光波段為200-400nm。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟C中高強(qiáng)度紫外光源的照射反應(yīng)時(shí)間為lOmin ?30mmno
[0015]—種快速去除水中全氟化物的高級(jí)還原裝置，包括:密閉的反應(yīng)箱及位于該反應(yīng)箱內(nèi)的高強(qiáng)度紫外光源、惰性石英反應(yīng)器、恒溫冷卻水槽、磁力攪拌器，所述高強(qiáng)度紫外光源固定于所述密閉的反應(yīng)箱的頂部，所述惰性石英反應(yīng)器設(shè)置于所述高強(qiáng)度紫外光源下方，所述恒溫冷卻水槽連接惰性石英反應(yīng)器，所述磁力攪拌器位于所述惰性石英反應(yīng)器上方，所述高強(qiáng)度紫外光源包括高壓汞燈和石英反射罩，在高壓汞燈與惰性石英反應(yīng)器之間設(shè)置有滑動(dòng)擋板和與之相連的電子計(jì)時(shí)器。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明可在溫和條件下實(shí)現(xiàn)PF0A/PF0S的高效降解及脫氟，反應(yīng)中無(wú)需添加光催化劑，節(jié)省了成本，常規(guī)的光化學(xué)降解PF0A/PF0S需要添加催化劑，其制備過(guò)程復(fù)雜，并且大多需要用到稀有金屬，成本較高；反應(yīng)速率極快，高強(qiáng)紫外-亞硫酸鹽體系降解脫氟效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的光化學(xué)降解手段，lOmin內(nèi)PF0A去除率達(dá)99.0%，脫氟率為44.6%，30min內(nèi)PF0S去除率為94.4%，脫氟率為60.7% ;反應(yīng)體系最終產(chǎn)物為F-、S042-以及部分含氟烯烴或烷烴，無(wú)二次污染，真正達(dá)到高效、低耗的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是不同光強(qiáng)下全氟辛酸的降解曲線，其中圖2a)是不同光強(qiáng)下PF0A濃度隨光照時(shí)間變化的曲線，圖2b)脫氟率隨光照時(shí)間變化的曲線；
圖3是不同光強(qiáng)下全氟辛烷磺酸的降解曲線，其中圖3a)是不同光強(qiáng)下PF0S濃度隨光照時(shí)間變化的曲線，圖3b)脫氟率隨光照時(shí)間變化的曲；
圖4是本發(fā)明主要原理示意圖；
其中數(shù)字表示:1、高強(qiáng)度紫外光源；2、惰性石英反應(yīng)器；3、恒溫冷卻水槽；4、磁力攪拌器；5、密閉反應(yīng)箱。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]如圖1所示，一種快速去除水中全氟化物的高級(jí)還原方法與裝置，包括:密閉的反應(yīng)箱5及位于該反應(yīng)箱內(nèi)的高強(qiáng)度紫外光源1、用于盛放含全氟辛酸/全氟辛烷磺酸水溶液的惰性石英反應(yīng)器2、恒溫冷卻水槽3、磁力攪拌器4，所述高強(qiáng)度紫外光源1固定于所述密閉的反應(yīng)箱5的頂部，所述惰性石英反應(yīng)器2設(shè)置于所述高強(qiáng)度紫外光源1下方，所述恒溫冷卻水槽3連接惰性石英反應(yīng)器2，所述磁力攪拌器4位于所述惰性石英反應(yīng)器2上方，所述高強(qiáng)度紫外光源1包括高壓汞燈和石英反射罩，在高壓汞燈與惰性石英反應(yīng)器之間設(shè)置有滑動(dòng)