一种活化过硫酸盐高效降解水中微污染物糖精的方法
阅读说明：本技术 一种活化过硫酸盐高效降解水中微污染物糖精的方法 (Method for efficiently degrading micro-pollutant saccharin in water by activating persulfate ) 是由 马晓雁 金雨鸿 刘章华 邓靖 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及水处理领域,特别是涉及一种活化过硫酸盐高效降解水中微污染物糖精的方法。所述方法是以降低水环境中人工甜味剂糖精为目标,使用UV/PS降解体系对水中微污染物糖精进行处理,通过UV辐照催化分解过硫酸钠,产生氧化性极强的SO-(4)～(-)·,从而使水环境中的持久性有机物糖精分解或矿化,可有效去除水中的糖精。本发明操作简单方便,过硫酸钠价格低廉、绿色环保,且体系中未引入有毒有害物质,具有安全性与实用性的特点。(The invention relates to the field of water treatment, in particular to a method for efficiently degrading micro-pollutant saccharin in water by activating persulfate. The method aims at reducing saccharin as an artificial sweetener in water environment, treats saccharin as a micropollutant in water by using a UV/PS degradation system, and catalytically decomposes sodium persulfate through UV irradiation to generate SO with strong oxidizability 4 ‑ Thereby decomposing or mineralizing the persistent organic saccharin in the water environment and effectively removing the saccharin in the water. The method is simple and convenient to operate, the sodium persulfate is low in price, green and environment-friendly, and the systemNo toxic and harmful substances are introduced, and the method has the characteristics of safety and practicability.)
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种水中新型污染物糖精的降解方法。
背景技术
糖精是应用时间最长、使用范围最广的人工甜味剂，其价格低廉，甜度为常用蔗糖的500倍左右。糖精现已在90多个国家获得批准，广泛应用于制药、食品加工和养殖饲料生产，也可用作厌氧胶的固化促进剂和不饱和聚酯树脂的助促进剂，以及在镀镍中作为光亮剂。
近年来糖精应用的安全性遭到质疑，有报道发现糖精影响肠胃吸收功能，且在生物毒性上存在着潜在的风险，需严格控制其用量。糖精在人体中无法代谢或吸收，经使用后通常作为污染物排入污水收集及处理系统，以生物处理为主的污水处理工艺去除不高，且去除效果缓慢。糖精随排放进入受纳水环境，是其水环境污染的主要途径之一。
糖精具有一定的持久性，且对水生植物表现出低危害性和潜在风险，是一种环境新型污染物。据报道，糖精在污水和地表水环境中检出浓度约为几至几十μg/L，而水源中糖精可穿透常规饮用水处理工艺，后续的深度处理工艺如臭氧氧化、紫外杀菌技术对糖精的去除效果较差。糖精不可避免地进入饮水系统，对饮用水水质安全产生影响。
为有效应对水源中的高有机物及微量有机污染问题，国内水厂逐步进行深度处理工艺改造，预氧化是最常见的深度处理技术手段之一。但现有技术中仍缺少对糖精的有效处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种紫外光/过硫酸盐组合工艺去除水环境中微污染物糖精的方法，所述方法是以降低水环境中人工甜味剂糖精为目标，使用UV/PS降解体系对水中微污染物糖精进行处理，为糖精的处理提供了新的途径。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种活化过硫酸盐高效降解水中微污染物糖精的方法，包括以下步骤：
S1、制备混合液：向含有糖精的水中加入过硫酸钠SPS，得到混合液；
S2、将混合液置于UV光源照射下，在一定温度下进行反应。
优选的，所述步骤S1中过硫酸钠以过硫酸钠溶液的形式加入至含有糖精的水中，得到混合液。
优选的，所述S1中混合液中过硫酸钠SPS的浓度为0.21～4.00mM，更优选为0.21～2.52mM，更优选的，浓度为1.05mM。
优选的，所述S1中混合液中糖精的浓度为0.055～0.220mM，更优选为0.055～0.220mM，更优选的，浓度为0.11mM。
优选的，所述S1中混合液的pH值为5～9，更优选的，混合液使用磷酸盐缓冲液调节pH值。
优选的，所述S2中在避光条件下进行反应，保证仅在UV照射下进行反应。
优选的，所述S2中UV光源为11w低压汞灯。
优选的，所述S2中UV光源的UV强度为1.25nW/cm2，波长254nm。
优选的，所述S2中反应方式为搅拌反应，搅拌速度为100-500r/min，更优选的搅拌速度为200r/min。
优选的，所述S2中反应温度为15-25℃，反应时间为0.5-2h；更优选的反应温度为20℃，反应时间为1h。
优选的，所述S2中通过组装UV装置反应器、将S1混合液置于UV装置反应器中进行反应；更优选的，所述UV装置反应器包括UV光源、反应容器、和恒温搅拌器，反应容器置于恒温搅拌器中，UV光源能够照射至反应容器中，混合液置于反应容器中；更优选的，所述反应容器外壁还贴有锡箔纸隔离紫外线，保证反应处于避光条件，使反应容器中仅有紫外线照射进行反应；更优选的，所述恒温搅拌器为水浴恒温磁力搅拌器，反应容器置于水浴恒温磁力搅拌器中。
优选的，所述S2中UV装置反应器预热15min，保证稳定的UV输出。
与HO·(E0＝1.8～2.7V和10-3μs半衰期)相比，硫酸根自由基(SO4 -·)在中性pH下具有更高的氧化还原电位(E0＝2.65～3.1V)、半衰期更长(30～40μs)且氧化选择性更好。SO4 -·可以通过加热、超声波照射、电化学过程、紫外线光解和过渡金属离子活化过硫酸盐产生。其中紫外光/过硫酸盐(UV/PS)不仅设备简单耗能少，而且不造成重金属污染。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明使用UV高级氧化工艺，通过催化分解过硫酸钠，产生氧化性极强的SO4 -·，从而使水环境中的持久性有机物糖精分解或矿化，可有效去除水中的糖精，去除率高达100％。
(2)本发明在不同pH条件下对糖精的去除率至少达80％，均有较好去除效果，pH范围为5～9。
(3)本发明操作简单方便，过硫酸钠价格低廉、绿色环保，且体系中未引入有毒有害物质，具有安全性与实用性的特点。
附图说明
图1：为本发明UV反应器示意图；
图2：为本发明案例UV/PS体系与单独UV、单独PS对糖精的降解效果对比图；
图3：为本发明不同溶液pH条件下UV/PS体系对糖精的降解效果图；
图4：为本发明不同糖精浓度条件下UV/PS体系对糖精的降解效果图；
图5：为本发明不同过硫酸盐投加量条件下UV/PS体系对糖精的降解效果图；
图6：为本发明UV/PS体系对糖精的矿化度说明图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。下列实施案例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。所示试剂或仪器未注明生产厂商，均为可以通过正常渠道购买获得的常规产品。
实施例1UV/PS降解体系对糖精的降解实验
UV/PS降解体系对糖精的降解实验，在糖精初始浓度为0.11mM(mM＝mmol/L)过硫酸钠投加量为1.05mM，温度为20±0.5℃，pH值为7.0±0.2的条件下进行反应，具体包括以下步骤：
S1、制备混合液。首先配制好1g/L的糖精储备溶液，125g/L的过硫酸钠溶液，并用分光光度计法标定浓度。取10mL的糖精储备溶液和1mL的过硫酸钠溶液配制混合液，采用0.2M的磷酸盐缓冲溶液调节pH值为7并定容至500mL，使用磁力搅拌器使溶液混合均匀。得到的混合液中，糖精初始浓度为0.11mM，过硫酸钠浓度为1.05mM。
S2、组建UV装置反应器。糖精降解试验在直径7.5cm，高22cm的圆筒玻璃反应器内进行，UV强度为1.25nW/cm2，波长254nm，11w的紫外灯置于反应器中心，反应器外壁贴有锡箔纸隔离紫外线，保证避光条件下紫外线照射进行反应，置于水浴恒温磁力搅拌器中，内部溶液通过磁力搅拌实现均匀反应。
S3、将S1中的混合液置于UV装置反应器中进行反应。将混合液移入反应容器内，通过水浴恒温磁力搅拌器控制反应温度为20℃，并开启磁力搅拌使溶液混合均匀，搅拌速度为200r/min。将紫外灯(预热15min)放入反应器中心位置开始反应。
S4、在一定的反应间隔取样并检测分析。分别在反应0、2、5、10、15、20、30、45和60min时取1mL样品，经0.45μm滤膜过滤后置于预先加入足量(0.1mL)淬灭剂(甲醇)的进样小瓶中，采用液相色谱仪进行分析。
S5、糖精检测方法。采用液相色谱仪进行样品分析，该检测方法为本领域常规技术手段，本实施例中为：色谱柱为inertSustain C18柱(5μm×4.6mm×250mm)，紫外检测器检测，波长218nm，流动相为0.02mol/L乙酸铵和甲醇按体积比85:15混合的混合液，流速为1.0mL/min，进样量为20μL。
UV/PS体系对糖精的降解过程符合一级反应动力学，在此条件下糖精随时间的去除效果如图2中的UV/PS所示。
对比例1单独UV对糖精的降解实验
单独UV对糖精的降解实验，在糖精初始浓度为0.11mM，温度为20±0.5℃，pH值为7.0±0.2的条件下。
具体包括以下步骤：
S1、制备糖精溶液。首先配制好1g/L的糖精储备溶液，并用分光光度计法标定浓度。取10mL的糖精储备溶液配制溶液，采用0.2M的磷酸盐缓冲溶液调节pH值为7并定容至500mL，使用磁力搅拌器使溶液混合均匀。得到的溶液中，糖精初始浓度为0.11mM。
S2、组建UV装置反应器。糖精降解试验在直径7.5cm，高22cm的圆筒玻璃反应器内进行，波长254nm，11w的紫外灯置于反应器中心，反应器外壁贴有锡箔纸隔离紫外线，置于水浴恒温磁力搅拌器中，内部溶液通过磁力搅拌实现均匀反应。
S3、将S1中的糖精溶液置于UV装置反应器中进行反应。将糖精溶液移入反应容器内，通过水浴恒温磁力搅拌器控制反应温度为20℃，并开启磁力搅拌。将紫外灯(预热15min)放入反应器中心位置开始反应。
S4、在一定的反应间隔取样并检测分析。分别在反应0、2、5、10、15、20、30、45和60min时取1mL样品，经0.45μm滤膜过滤后置于预先加入足量(0.1mL)淬灭剂(甲醇)的进样小瓶中，采用液相色谱仪进行分析。
S5、糖精检测方法。采用液相色谱仪进行样品分析，紫外检测器检测，波长218nm，流动相为0.02mol/L乙酸铵和甲醇按体积比85:15混合的混合液，流速为1.0mL/min，进样量为20μL。
单独UV对糖精的降解过程符合一级反应动力学，在此条件下糖精随时间的去除效果如图2中的UV所示。
对比例2单独PS对糖精的降解实验
单独PS对糖精的降解实验，在糖精初始浓度为0.11mM，过硫酸钠投加量为1.05mM，温度为20±0.5℃，pH值为7.0±0.2的条件下。
具体包括以下步骤：
S1、制备混合液。首先配制好1g/L的糖精储备溶液，125g/L的过硫酸钠溶液，并用分光光度计法标定浓度。取10mL的糖精储备溶液和1mL的过硫酸钠溶液配制混合液，采用0.2M的磷酸盐缓冲溶液调节pH值为7并定容至500mL，使用磁力搅拌器使溶液混合均匀。得到的混合液中，糖精初始浓度为0.11mM，过硫酸钠浓度为1.05mM。
S2、组建反应器。糖精降解试验在直径7.5cm，高22cm的圆筒玻璃反应器内进行，反应器外壁贴有锡箔纸隔离紫外线，并在反应器顶部盖有锡箔纸包裹的泡沫板，置于水浴恒温磁力搅拌器中，内部溶液通过磁力搅拌实现均匀反应。
S3、将S1中的混合液置于反应器中进行反应。将混合液移入反应容器内，通过水浴恒温磁力搅拌器控制反应温度为20℃，并开启磁力搅拌使溶液混合均匀，开始反应。
S4、在一定的反应间隔取样并检测分析。分别在反应0、2、5、10、15、20、30、45和60min时取1mL样品，经0.45μm滤膜过滤后置于预先加入足量(0.1mL)淬灭剂(甲醇)的进样小瓶中，采用液相色谱仪进行分析。
S5、糖精检测方法。采用液相色谱仪进行样品分析，紫外检测器检测，波长218nm，流动相为0.02mol/L乙酸铵和甲醇按体积比85:15混合的混合液，流速为1.0mL/min，进样量为20μL。
单独PS体系在此条件下糖精随时间的去除效果如图2中的PS所示。
实施例2不同溶液pH条件下UV/PS体系对糖精的降解实验
不同溶液pH条件下UV/PS降解体系对糖精的降解实验，在糖精初始浓度为0.11mM，过硫酸钠投加量为1.05mM，温度为20±0.5℃的条件下。
具体包括以下步骤：
S1、制备混合液。首先配制好1g/L的糖精储备溶液，125g/L的过硫酸钠溶液，并用分光光度计法标定浓度。分别取10mL的糖精储备溶液和1mL的过硫酸钠溶液配制混合液，采用0.2M的磷酸盐缓冲溶液调节pH值为5、6、7、8、9并定容至500mL，使用磁力搅拌器使溶液混合均匀。得到的混合液中，糖精初始浓度为0.11mM，过硫酸钠浓度为1.05mM。
S2、组建UV装置反应器。糖精降解试验在直径7.5cm，高22cm的圆筒玻璃反应器内进行，波长254nm，11w的紫外灯置于反应器中心，反应器外壁贴有锡箔纸隔离紫外线，置于水浴恒温磁力搅拌器中，内部溶液通过磁力搅拌实现均匀反应。
S3、将S1中的混合液置于UV装置反应器中进行反应。将混合液移入反应容器内，通过水浴恒温磁力搅拌器控制反应温度为20℃，并开启磁力搅拌使溶液混合均匀。将紫外灯(预热15min)放入反应器中心位置开始反应。
S4、在一定的反应间隔取样并检测分析。分别在反应0、2、5、10、15、20、30、45和60min时取1mL样品，经0.45μm滤膜过滤后置于预先加入足量(0.1mL)淬灭剂(甲醇)的进样小瓶中，采用液相色谱仪进行分析。
S5、糖精检测方法。采用液相色谱仪进行样品分析，紫外检测器检测，波长218nm，流动相为0.02mol/L乙酸铵和甲醇按体积比85:15混合的混合液，流速为1.0mL/min，进样量为20μL。
UV/PS体系对糖精的降解过程符合一级反应动力学，在此条件下糖精随时间的去除效果如图3所示。从图中可以看出，在不同pH条件下对糖精的去除率均为80％以上。
实施例3不同糖精初始浓度条件下UV/PS体系对糖精的降解实验
不同糖精初始浓度条件下UV/PS降解体系对糖精的降解实验，在过硫酸钠投加量为1.05mM，温度为20±0.5℃，pH值为7.0±0.2的条件下。
具体包括以下步骤：
S1、制备混合液。首先配制好1g/L的糖精储备溶液，125g/L的过硫酸钠溶液，并用分光光度计法标定浓度。分别取5～40mL的糖精储备溶液和1mL的过硫酸钠溶液配制混合液，采用0.2M的磷酸盐缓冲溶液调节pH值为7并定容至500mL，使用磁力搅拌器使溶液混合均匀。得到的混合液中，糖精初始浓度为0.055、0.082、0.110、0.164、0.220mM，过硫酸钠浓度为1.05mM。
S2、组建UV装置反应器。糖精降解试验在直径7.5cm，高22cm的圆筒玻璃反应器内进行，波长254nm，11w的紫外灯置于反应器中心，反应器外壁贴有锡箔纸隔离紫外线，置于水浴恒温磁力搅拌器中，内部溶液通过磁力搅拌实现均匀反应。
S3、将S1中的混合液置于UV装置反应器中进行反应。将混合液移入反应容器内，通过水浴恒温磁力搅拌器控制反应温度为20℃，并开启磁力搅拌使溶液混合均匀。将紫外灯(预热15min)放入反应器中心位置开始反应。
S4、在一定的反应间隔取样并检测分析。分别在反应0、2、5、10、15、20、30、45和60min时取1mL样品，经0.45μm滤膜过滤后置于预先加入足量(0.1mL)淬灭剂(甲醇)的进样小瓶中，采用液相色谱仪进行分析。
S5、糖精检测方法。采用液相色谱仪进行样品分析，紫外检测器检测，波长218nm，流动相为0.02mol/L乙酸铵和甲醇按体积比85:15混合的混合液，流速为1.0mL/min，进样量为20μL。
不同糖精初始浓度条件下UV/PS体系对糖精的降解过程符合一级反应动力学，在此条件下糖精随时间的去除效果如图4所示。
实施例4不同过硫酸盐投加量条件下UV/PS体系对糖精的降解实验
不同过硫酸盐投加量条件下UV/PS降解体系对糖精的降解实验，在糖精初始浓度为0.11mM，温度为20±0.5℃，pH值为7.0±0.2的条件下。
具体包括以下步骤：
S1、制备混合液。首先配制好1g/L的糖精储备溶液，125g/L的过硫酸钠溶液，并用分光光度计法标定浓度。分别取10mL的糖精储备溶液和0.2～2.4mL的过硫酸钠溶液配制混合液，采用0.2M的磷酸盐缓冲溶液调节pH值为7并定容至500mL，使用磁力搅拌器使溶液混合均匀。得到的混合液中，糖精初始浓度为0.11mM，过硫酸钠浓度为0.21、0.42、1.05、1.68、2.52mM。
S2、组建UV装置反应器。糖精降解试验在直径7.5cm，高22cm的圆筒玻璃反应器内进行，波长254nm，11w的紫外灯置于反应器中心，反应器外壁贴有锡箔纸隔离紫外线，置于水浴恒温磁力搅拌器中，内部溶液通过磁力搅拌实现均匀反应。
S3、将S1中的混合液置于UV装置反应器中进行反应。将混合液移入反应容器内，通过水浴恒温磁力搅拌器控制反应温度为20℃，并开启磁力搅拌使溶液混合均匀。将紫外灯(预热15min)放入反应器中心位置开始反应。
S4、在一定的反应间隔取样并检测分析。分别在反应0、2、5、10、15、20、30、45和60min时取1mL样品，经0.45μm滤膜过滤后置于预先加入足量(0.1mL)淬灭剂(甲醇)的进样小瓶中，采用液相色谱仪进行分析。
S5、糖精检测方法。采用液相色谱仪进行样品分析，紫外检测器检测，波长218nm，流动相为0.02mol/L乙酸铵和甲醇按体积比85:15混合的混合液，流速为1.0mL/min，进样量为20μL。
不同过硫酸盐投加量条件下UV/PS体系对糖精的降解过程符合一级反应动力学，在此条件下糖精随时间的去除效果如图5所示。
综上，本申请通过利用UV活化过硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4 -·)和羟基自由基(HO·)，在UV/PS体系中紫外光活化PS产生了SO4 -·(反应(1-1)～(1-3))，SO4 -·可转化为HO·(反应(1-5))，一系列的反应在UV/PS体系中发生(反应(1-6)～(1-11))。再通过自由基的强氧化性以及两者的协同作用去除糖精。
本发明工艺装置简单，反应稳定快速，常温常压即可快速反应，可操作性强，无二次污染，降低了劳动强度和成本。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种用于二次供水紫外消毒的长方体形消毒容器