一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法技术领域
本发明涉及水处理方法，具体涉及一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方
法。
背景技术
单线态氧(1O2)是一种处于激发态的分子氧，与超氧自由基(O2-·)、羟基自由基(·OH)、
硫酸根自由基(SO4·-)等活性氧物种类似，化学性质活泼、不稳定，在自然界中广泛存
在，是化学、环境、医学等领域最长涉及的活性氧之一，具有氧化能力强、反应活性高、
存活时间短、氧化后不产生有毒有害副产物等特点，属于绿色、环境友好型氧化剂。
但是现有的水处理并不能够很好的完成对污水的处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法。
本发明的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法，它是通过以下步骤实
现的：
将催化剂和氧化剂按照摩尔比为1:(1～10)的比例混合后，加入到待处理水中，控制过
氧化物在待处理水中的浓度保持在0.3～300mg/L，在水力反应停留时间为5～60min、搅拌
状态的条件下，进行水处理，即完成催化过氧化物产生单线态氧的水处理；其中，所述的
催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
所述过氧化物为过一硫酸盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。其中，
过一硫酸盐为过一硫酸钠(NaHSO5)、过一硫酸钾(KHSO5)、过一硫酸铵(NH4HSO5)、
过一硫酸钙(Ca(HSO5)2)、过一硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比混合的混
合物；过碳酸盐为过碳酸钠(Na2CO4)、过碳酸钾(K2CO4)中的一种或两种按任意比混
合的混合物。
本发明的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法的原理如下：首先，丙
酮酸催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)产生双环氧中间体；然后，双环氧中间体进
一步与过氧化物反应产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生自分解
产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起到循环催
化的作用；利用产生的强氧化性单线态氧降解水中的有机污染物，达到除污染的目的。具
体反应机理见附图1。
本发明的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法，具有如下优点：
(1)环境友好型氧化剂单线态氧(1O2)反应活性强、除污染效率高、氧化后不产生
有毒有害副产物。
(2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被
广泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。
(3)丙酮酸能够与水中存在的钙镁离子(Ca2+、Mg2+)形成络合物丙酮酸盐(丙酮
酸钙、丙酮酸镁)，由于丙酮酸络合钙镁离子后增强了羧酸官能团的吸电子能力，因此丙
酮酸盐催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)的能力比丙酮酸更强。
(4)绿色氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、过碳酸盐)作为粉末状固体，化学性质稳
定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。
(5)反应pH适用范围宽，受水体条件影响小，可以在水厂进行大规模应用，更适
用于应急处理。
附图说明
图1是一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法反应机理图；
图2是实施例1中一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法对水中莠去津
的氧化去除效果图；其中，□表示单独利用过一硫酸钾对水中莠去津进行氧化降解，■表
示利用丙酮酸催化过一硫酸钾产生的单线态氧对水中莠去津进行氧化降解；
图3是实施例2中一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法对水中双酚A
的氧化去除效果图；其中，○表示单独利用过碳酸钠对水中双酚A进行氧化降解，●表示
利用丙酮酸催化过碳酸钠产生的单线态氧对水中双酚A进行氧化降解；
图4是实施例3中一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法对水中有机污
染物四环素、金霉素、土霉素、头孢、阿莫西林、磺胺异恶唑、三氯生、雌酮、雌二醇、
雌三醇、壬基酚、苯酚、苯胺、双氯灭痛的氧化去除效果图；其中，□表示单独利用过氧
化物对水中有机污染物进行氧化降解，■表示利用丙酮酸催化过氧化物产生的单线态氧对
水中有机污染物进行氧化降解。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意
组合。
具体实施方式一：本实施方式为一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方
法，它是通过以下步骤实现的：
将催化剂和氧化剂按照摩尔比为1:(1～10)的比例混合后，加入到待处理水中，控制过
氧化物在待处理水中的浓度保持在0.3～300mg/L，在水力反应停留时间为5～60min、搅拌
状态的条件下，进行水处理，即完成催化过氧化物产生单线态氧的水处理；其中，所述的
催化剂为丙酮酸，所述的氧化剂为过氧化物。
本实施方式的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法的原理如下：首
先，丙酮酸催化过氧化物(过一硫酸盐或过碳酸盐)产生双环氧中间体；然后，双环氧中
间体进一步与过氧化物反应产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，同时双环氧中间体也会发生
自分解产生单线态氧(1O2)和丙酮酸，生成的丙酮酸继续催化过氧化物，在反应中起到
循环催化的作用；利用产生的强氧化性单线态氧降解水中的有机污染物，达到除污染的目
的。具体反应机理见附图1。
本实施方式的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法的优点：(1)环境
友好型氧化剂单线态氧(1O2)反应活性强、除污染效率高、氧化后不产生有毒有害副产
物。(2)丙酮酸作为生物体基本代谢的中间产物之一，是葡萄糖糖酵解的最终产物，被广
泛用于食品加工等过程，因此，丙酮酸作为催化剂，安全可靠，无毒副作用。(3)丙酮酸
能够与水中存在的钙镁离子(Ca2+、Mg2+)形成络合物丙酮酸盐(丙酮酸钙、丙酮酸镁)，
由于丙酮酸络合钙镁离子后增强了羧酸官能团的吸电子能力，因此丙酮酸盐催化过氧化物
(过一硫酸盐或过碳酸盐)的能力比丙酮酸更强。(4)绿色氧化剂过氧化物(过一硫酸盐、
过碳酸盐)作为粉末状固体，化学性质稳定，运输储存方便，价格适中，商业易得，操作
简单易行，反应后不产生有毒有害副产物。(5)反应pH适用范围宽，受水体条件影响小，
可以在水厂进行大规模应用，更适用于应急处理。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述待处理水为水源水、
污水或污水厂二级出水。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述过氧化物为过一硫酸
盐、过碳酸盐中一种或几种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：过一硫酸盐为过一硫酸钠
(NaHSO5)、过一硫酸钾(KHSO5)、过一硫酸铵(NH4HSO5)、过一硫酸钙(Ca(HSO5)2)、
过一硫酸镁(Mg(HSO5)2)中的一种或几种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：过碳酸盐为过碳酸钠
(Na2CO4)、过碳酸钾(K2CO4)中的一种或两种按任意比混合的混合物。其它与具体实施方
式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比
为1:(2～10)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比
为1:(2～8)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比
为1:(2～6)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比
为1:(2～5)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔比
为1:(2～4)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一不同的是：催化剂与氧化剂的摩尔
比为1:(2～3)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在0.5～280mg/L，在水力反应停留时间为10～50min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在1～280mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在5～250mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在10～220mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在15～200mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在20～180mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在20～150mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在20～120mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一不同的是：控制过氧化物在待处理
水中的浓度保持在20～100mg/L，在水力反应停留时间为20～40min、搅拌状态的条件下，
进行水处理。其它与具体实施方式一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
本实施例的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法，其是通过以下步骤
实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过一硫酸钾按照摩尔比为1:2的比例加入到待处理水
中，控制过一硫酸钾在待处理水中的浓度为10mg/L，水力反应停留时间为30min，水在
处理过程中保持搅拌状态，即完成催化过氧化物产生单线态氧的水处理技术。其中，待处
理水中含有0.5mg/L的莠去津。
本实施例的莠去津去除效果见图2，由图2可知，单独利用过一硫酸钾对水中的莠去
津进行氧化降解(□)，莠去津的去除效率不高，反应30min，莠去津的去除率只有10％；
然而，利用本实施例的方式向含有莠去津的水中加入过一硫酸钾的同时再加入丙酮酸，利
用丙酮酸催化过一硫酸钾产生的单线态氧对莠去津进行氧化降解(■)，反应30min，莠
去津的去除率达到90％以上，完成对水中莠去津的去除。由此可见，本实施例在去除有
机污染物方面具有比较突出的优势。
实施例2
本实施例的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法，其是通过以下步骤
实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过碳酸钠按照摩尔比为1:2的比例加入到待处理水中，
控制过碳酸钠在待处理水中的浓度为20mg/L，水力反应停留时间为30min，水在处理过
程中保持搅拌状态，即完成催化过氧化物产生单线态氧的水处理技术。其中，待处理水中
含有0.3mg/L的双酚A。
本实施例的双酚A去除效果见图3，由图3可知，单独利用过碳酸钠对水中的双酚A
进行氧化降解(○)，双酚A的去除效率不高，反应30min，双酚A的去除率只有10％；
然而，利用本实施例的方式向含有双酚A的水中加入过碳酸钠的同时再加入丙酮酸，利
用丙酮酸催化过碳酸钠产生的单线态氧对双酚A进行氧化降解(●)，反应30min，双酚
A的去除率达到90％以上，完成对水中双酚A的去除。由此可见，本实施例在去除有机
污染物方面具有比较突出的优势。
实施例3
本实施例的一种催化过氧化物产生单线态氧除污染的水处理方法，其是通过以下步骤
实现的：将催化剂丙酮酸和氧化剂过氧化物按照摩尔比为1:5的比例加入到待处理水中，
控制过氧化物在待处理水中的浓度为100mg/L，水力反应停留时间为40min，水在处理过
程中保持搅拌状态，即完成催化过氧化物产生单线态氧的水处理技术。其中，待处理水中
含有有机污染物四环素、金霉素、土霉素、头孢、阿莫西林、磺胺异恶唑、三氯生、雌酮、
雌二醇、雌三醇、壬基酚、苯酚、苯胺、双氯灭痛；过氧化物为过一硫酸钾和过碳酸钠的
混合物，浓度分别为50mg/L。
本实施例中有机污染物去除效果见图4，由图4可知，单独利用过氧化物(过一硫酸
钾和过碳酸钠)对水中有机污染物四环素、金霉素、土霉素、头孢、阿莫西林、磺胺异恶
唑、三氯生、雌酮、雌二醇、雌三醇、壬基酚、苯酚、苯胺、双氯灭痛进行氧化降解(□)，
有机物的去除效率不高，反应40min，有机物的去除率不到20％；然而，利用本实施例的
方式向含有有机污染物的水中加入过氧化物(过一硫酸钾和过碳酸钠)的同时再加入丙酮
酸，利用丙酮酸催化过氧化物产生的单线态氧对有机污染物进行氧化降解(■)，反应
40min，有机污染物的去除率达到90％以上，完成对水中有机污染物的去除。由此可见，
本实施例在去除有机污染物方面具有比较突出的优势。