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高氯酸盐的性质和用途

发布日期:2020/10/26 11:48:35

背景及概述[1] [2]

高氯酸HClO4中氢被金属原子或金属性基置换后而生成的盐类。主要的有高氯酸钾、高氯酸钠、高氯酸铵、高氯酸钙、高氯酸镁、高氯酸银等。均为无色或白色结晶,溶于或微溶于水,受热分解生成氯 化物和氧。为强氧化剂,与有机物、还原剂、可燃物混合,经加热、冲击、摩擦能发生燃 烧爆炸。要求包装完好,储于通风干燥的仓库内,与有机物、氰化物、硫酸及硫、铵的化合物分开存放,切忌混储混运。遇有着火的情况,可用雾状水扑救。

高氯酸盐(ClO4-)是环境中的主要无机污染物之一,广泛存在于地表水、地下水和土壤中。环境中的高氯酸盐主要来源于军事、农业和工业,在这些领域中,高氯酸盐主要作为火箭、导弹、焰火等的固体氧化剂,化肥的原料,皮革加工、汽车安全气囊、橡胶制造、涂料和润滑油生产等的添加剂。高氯酸根的正四面体结构使其具有高度的化学稳定性和良好的迁移性,这些决定了其去除的困难性,并成为环境工程师、科学工作者和政府决策者一大挑战。高氯酸盐作为一种内分泌干扰物,当其进入人体后,便会干扰甲状腺对碘的利用,从而引起甲状腺激素T3、T4的合成量减少,从而威胁人体健康,尤其对孕妇及其胎儿和新生儿的 威胁更大。2009年,美国环保署(US EPA)建议将饮用水中的高氯酸盐浓度标准定为15μg/L。

性质和用途[1]

重要的高氯酸盐的性质和用途:

处理方法[2]

目前,高氯酸盐的处理方法主要有离子交换法、生物还原法、膜技术、化学催化还原法以及其组合工艺。在这些处理技术中,应用最广泛最有效的是离子交换和生物还原法。 离子交换法具有操作简单、吸附容量大、接触时间短和占地面积小的优点,对低浓度高氯酸 盐去除尤其有效。但是,高氯酸盐并没有被还原,仅仅是从大体积的水体中转移到了小体积 的树脂上,后续树脂的再生会产生高浓度的高氯酸盐洗脱液需要处理,造成二次污染;如果用的是Purolite A530E/A532E等高氯酸盐专用树脂,则耗尽吸附容量的树脂由于再生困难则会被丢弃或焚烧,导致处理成本上升。相比非生物法,利用高氯酸盐还原菌(PRB)将ClO4-还原成无害Cl-的生物还原方法是去除高氯酸盐的一种廉价高效的处理技术,PRB还原ClO4-的过程为ClO4-→ClO3-→ClO2-→Cl-+O2。但是生物法的还原速率低,对处理低浓度高氯酸盐水效果不佳,导致接触时间长、反应池的尺寸大,当其用于自来水厂时,高氯酸盐还原菌需 要载体形成生物膜以防止“微生物污染”问题的出现。为了克服这两种工艺的缺点,一些研究人员提出了生物法直接再生耗尽吸附容量的树脂,即将耗尽吸附容量的树脂直接放入高浓度的PRB培养液中,树脂经过脱附将ClO4-释放到培养液中,PRB将其还原成Cl-,达到树脂的再生(参见Chao Wang,Lee Lippincott and Xiaoguang Meng,Feasibility and kinetics study on the direct bio-regeneration of perchlorate laden anion-exchange resin.Water Research,42,2008,4619-4628.);但是这种方法需要很长的反应时间(8~20天)和一系列繁琐的后续处理工艺,包括清洗和消毒等。以高效低廉的磁性离子交换树脂与微生物还原联用无害化去除水中高氯酸盐的处理工艺,目前未见相关文献报道。

CN201610459069.X提供一种去除水中高氯酸盐的方法,其技术原理是:将磁性树脂具有快速吸附富集水中高氯酸盐和高氯酸盐还原菌(PRB)能将高氯酸盐生物还原成无害氯离子作用结合,在磁性树脂上负载生物膜,形成能同时进行吸附和生物再生的生物磁性树脂,发展了一种新的高氯酸盐去除的方法,该方法将高氯酸盐从大体积的水中富集到小体积的生物树脂上,同时磁性树脂还有吸附水中有机物的优点,从而使负载在磁性树脂上的PRB有充足的碳源来将富集的高氯酸盐生物还原成无害的氯离子。在此方法中,PRB既消耗了有机物又去除了水中的高氯酸盐,从而实现了磁性树脂的生物再生。

本发明具有以下有益效果:

将磁性树脂的富集作用和PRB的生物还原作用结合,形成了一种新的高氯酸盐去除的方法,该方法将高氯酸盐从大体积的水中富集到小体积的生物树脂上,同时磁性树脂 还有吸附水中有机物的优点,从而使负载在磁性树脂上的PRB有充足的碳源来将富集的高 氯酸盐生物还原成无害的氯离子。在此方法中,PRB既消耗了有机物又去除了水中的高氯酸盐,从而实现了磁性树脂的生物再生。此方法结合了树脂吸附法与生物还原法的优点,可以同步实现高氯酸盐的无害化与树脂吸附剂的再生,高氯酸盐的最终有效去除率达到95%以上,同时具有反应时间短,处理效率高,可循环使用等优点,对水的深度处理有很强的实用价值。

主要参考资料

[1] 中国消防辞典

[2] CN201610459069.X 一种去除水中高氯酸盐的方法

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