一種室外自然光-過氧化氫協同處理結晶紫汙染汙水的方法
2023-06-26 07:37:46
專利名稱：一種室外自然光-過氧化氫協同處理結晶紫汙染汙水的方法
技術領域：
本發明涉及汙水處理領域，尤其是關於處理結晶紫汙染汙水的領域，具體為一種 利用室外自然光與過氧化氫的協同作用，高效去除水中高濃度結晶紫的方法。
背景技術：
印染廢水對水資源的汙染已成為非常嚴重的問題，屬於較難處理的工業廢水之 一。結晶紫作為三苯甲烷類染料，具有十分廣泛的用途，除應用於紡織、印染和油墨工業領 域外，還可用於紙張、玩具和一些塑料製品的染色。據報導，在印染行業中約5% 10%的 結晶紫由於工藝效率過低而排入天然水體，這些染料在自然水體中不斷積累，對自然環境 和人類健康造成嚴重的威脅。這些染料的使用不但影響水體美觀，更為嚴重的是結晶紫在 自然環境中能夠轉化為毒性更強的中間產物，從而對水生生物和人類產生更大的毒害作 用。因此，在排放前對結晶紫進行處理顯得尤為必要。目前，國內外對印染廢水的去除方法進行了廣泛的研究，其中較為成熟的工業化 處理方法有生化法、物理_化學法、焚燒法、碳化法、活性炭吸附法、酸回收法及高壓脈衝電 解法等。但這些方法和技術不同程度地存在費效比高，淨化不徹底，二次汙染嚴重，操作復 雜等問題，這就對結晶紫汙水的脫色提出了新的挑戰。光催化氧化技術是70年代發展起來的一種高效、節能的淨化水體中難降解有機 汙染物的新技術，具有能耗低、操作方便和反應條件溫和等優點，在處理水中汙染物的應用 方面取得了很大的進展。在光照條件下，催化劑能夠產生電子-空穴(hvb+)對，一方面價 帶hvb+具有很強的氧化能力，能夠去除水中有機汙染物；另一方面，吸附在催化劑表面的O2 和H2O能夠與導帶電子反應產生各種活性物種，如羥基自由基(0H ·)，超氧陰離子自由基 (O2-)等，這些活性物種能夠與有機物發生氧化還原反應，將其轉化為毒性低的物質或者將 其礦化為二氧化碳和水。但光催化技術存在著光能利用率低和光量子效率低等問題，單靠 光催化工藝的氧化強度降解水中結晶紫的效率還不夠高。因此結合新的水處理技術，以彌 補光催化技術的缺陷是亟待解決的問題。而且，目前對於染料廢水的光催化降解還停留在 室內模擬光源的階段。因此，研究如何利用室外自然光高效去除水中結晶紫具有十分重要 的實際意義。矽酸鉍晶體是一種寬帶隙、高電阻率的非鐵電立方半導體，具有獨特的光電、 光電導、光折變及聲光性能。近年來，作為一種重要的光電材料，矽酸鉍晶體已經引起 材料科學和光催化領域的高度重視。本發明中使用的矽酸鉍光催化劑在專利號為ZL 200710166218. 4，名稱為一種矽酸鉍粉體光催化劑的製備方法，公開號為CN101157026A的 專利中有詳細介紹。該催化劑製備工藝簡單，催化活性高，反應條件溫和，對反應裝置要求 低，利於工業化推廣，因此矽酸鉍具有十分廣闊的應用前景。過氧化氫(H2O2)氧化技術是處理汙水的常用方法，作為一種綠色、環保、經濟的處 理方法已經在部分水處理領域得到了廣泛應用，尤其用於染料汙水的處理。H2O2是一種中等強度的氧化劑，能夠有效地氧化多種有機汙染物，從而達到對水中有機汙染物淨化的目的。 其來源廣泛、安全性能好、無腐蝕性且其分解產物無汙染，是一種綠色的氧化劑。但H2O2對 於水環境中高濃度的結晶紫汙染難以處理，因此往往需要與其他技術協同發揮作用，方能 達到徹底淨化結晶紫汙水之目的，如H2O2與O3、紫外光、超聲波等聯合作用，可以產生氧化 能力極強的OH ·，對難生物降解的高濃度染料具有較強的氧化分解能力。本發明所要解決的技術問題是將光催化技術和H2O2氧化技術相結合，以H2O2為氧 化劑，通過加入催化劑矽酸鉍並藉助於室外自然光的照射，對難降解的結晶紫進行脫色，取 長補短，發揮H2O2操作簡單、條件溫和的優勢，輔之以低選擇性、高氧化程度的光催化技術， 克服現有H2O2氧化技術和光催化技術的不足，提供一種簡單、高效、無二次汙染、降解完全 徹底的結晶紫汙水的處理方法。
發明內容
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種室外自然光_過氧化氫協同處 理結晶紫汙染汙水的方法，其特徵在於利用過氧化氫在室外自然光照射下產生氧化能力 極強的羥基自由基，對高濃度的結晶紫汙染汙水進行淨化；其中，所述方法包括如下步驟a)配製一定濃度的結晶紫溶液；b)黑暗條件下向結晶紫溶液中加入光催化劑，其中光催化劑的用量為0.5 1. Og/L ；C)黑暗條件下超聲30min，使催化劑均勻分散於結晶紫溶液；d)將過氧化氫和所要處理的汙水混合併不斷攪拌使其混合均勻，其中每IOOmL汙 水中過氧化氫的加入量為0. 5 3mL ；e)採用室外自然光照射，光催化降解反應時間為2h ；f)抽濾分離，回收光催化劑。本發明所述的結晶紫汙染汙水的處理方法，其中，在步驟a)中，所述結晶紫的初 始濃度為20 40mg/L ；本發明所述的結晶紫汙染汙水的處理方法，其中，在步驟b)中所述的光催化劑為 矽酸鉍；本發明所述的結晶紫汙染汙水的處理方法，其中，在步驟d)中所述的過氧化氫為 質量分數為30%的雙氧水。本發明具有如下優點a)可高效徹底地清除水中高濃度、難降解的染料結晶紫的汙染；b)克服了光催化和過氧化氫氧化技術的不足之處，使二者複合以發揮更大的效 力；c)該方法工藝簡單，易於推廣，光催化劑可回收利用，不造成二次汙染；d)利用室外自然光對結晶紫進行處理，能夠高效利用清潔能源。該方法在光催化劑用量為0. Ig和3mL H2O2處理IOOmL初始濃度為40mg/L的結晶 紫汙水2h後，對結晶紫在紫外可見分光光度計上幾乎無法檢出，COD去除率為90. 8%，並且 光催化劑能在不降低效果的前提下重複使用5次以上。下面結合附圖和實施例來進一步說明本發明，其中部分條件僅是作為典型情況的
4說明，並非對本發明的限定。
圖1室外自然光-過氧化氫協同降解過程中結晶紫濃度隨時間的變化。
具體實施例方式實施例1將0. Ig矽酸鉍光催化劑分散於IOOmL初始濃度為40mg/L的結晶紫溶液中，在黑 暗條件下將混合液超聲30min，使催化劑在溶液中完全分散。照射前先將混合液在黑暗條件 下磁力攪拌30min，達到吸附平衡後再加入3mL質量分數為30%的雙氧水，攪拌並使其混合 均勻。將光催化反應器置於室外自然光下垂直照射，攪拌反應2h。反應完成後以抽濾法分 離回收光催化劑。反應過程中，每20min取樣，離心分離取上清液，以紫外可見分光光度計 (Varian, cary50)對結晶紫的濃度進行分析定量。圖1為結晶紫濃度隨降解時間的變化。反應2h後，結晶紫在紫外可見分光光度計 上幾乎無法檢出，COD去除率為90. 8%。實施例2將0. Ig矽酸鉍光催化劑分散於IOOmL初始濃度為30mg/L的結晶紫溶液中，在黑 暗條件下將混合液超聲30min，使催化劑在溶液中完全分散。照射前先將混合液在黑暗條件 下磁力攪拌30min，達到吸附平衡後再加入2mL質量分數為30%的雙氧水，攪拌並使其混合 均勻。將光催化反應器置於室外自然光下垂直照射，攪拌反應2h。反應完成後以抽濾法分 離回收光催化劑。反應過程中，每20min取樣，離心分離取上清液，以紫外可見分光光度計 (Varian, cary50)對結晶紫的濃度進行分析定量。反應2h後，結晶紫的脫色率為99. 8%, COD去除率高達88. 5%。實施例3將0. Ig矽酸鉍光催化劑分散於IOOmL初始濃度為30mg/L的結晶紫溶液中，在黑 暗條件下將混合液超聲30min，使催化劑在溶液中完全分散。照射前先將混合液在黑暗條件 下磁力攪拌30min，達到吸附平衡後再加入1. 5mL質量分數為30%的雙氧水，攪拌並使其混 合均勻。將光催化反應器置於室外自然光下垂直照射，攪拌反應2h。反應完成後以抽濾法 分離回收光催化劑。反應過程中，每20min取樣，離心分離取上清液，以紫外可見分光光度 計(Varian，cary50)對結晶紫的濃度進行分析定量。反應2h後，結晶紫的脫色率為90. 9%, COD去除率高達81. 5%。實施例4將0. 05g矽酸鉍光催化劑分散於IOOmL初始濃度為20mg/L的結晶紫溶液中，在黑 暗條件下將混合液超聲30min，使催化劑在溶液中完全分散。照射前先將混合液在黑暗條件 下磁力攪拌30min，達到吸附平衡後再加入ImL質量分數為30%的雙氧水，攪拌並使其混合 均勻。將光催化反應器置於室外自然光下垂直照射，攪拌反應2h。反應完成後以抽濾法分 離回收光催化劑。反應過程中，每20min取樣，離心分離取上清液，以紫外可見分光光度計 (Varian, cary50)對結晶紫的濃度進行分析定量。反應2h後，結晶紫的脫色率為83. 5%，COD去除率為70.5%。
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實施例5將0. 05g矽酸鉍光催化劑分散於IOOmL初始濃度為20mg/L的結晶紫溶液中，在黑 暗條件下將混合液超聲30min，使催化劑在溶液中完全分散。照射前先將混合液在黑暗條件 下磁力攪拌30min，達到吸附平衡後再加入0. 5mL質量分數為30%的雙氧水，攪拌並使其混 合均勻。將光催化反應器置於室外自然光下垂直照射，攪拌反應2h。反應完成後以抽濾法 分離回收光催化劑。反應過程中，每20min取樣，離心分離取上清液，以紫外可見分光光度 計(Varian，cary50)對結晶紫的濃度進行分析定量。反應2h後，結晶紫的脫色率可達72. 3%, COD去除率為60. 8%。
權利要求
一種室外自然光 過氧化氫協同處理結晶紫汙染汙水的方法，其特徵在於利用過氧化氫在室外自然光的照射下產生氧化能力極強的羥基自由基，對高濃度的結晶紫汙染汙水進行淨化；其中，所述方法包括如下步驟a)配製一定濃度的結晶紫溶液；b)黑暗條件下向結晶紫溶液中加入光催化劑，其中光催化劑的用量為0.5～1.0g/L；c)黑暗條件下超聲30min，使催化劑均勻分散於結晶紫溶液；d)將過氧化氫和所要處理的汙水混合併不斷攪拌使其混合均勻，其中每100mL汙水中過氧化氫的加入量為0.5～3mL；e)採用室外自然光照射，光催化降解反應時間為2小時；f)抽濾分離，回收光催化劑。
2.如權利要求1所述的結晶紫汙染汙水的處理方法，其中，在步驟a)中，所述結晶紫的 初始濃度為20 40mg/L。
3.如權利要求1所述的結晶紫汙染汙水的處理方法，其中，在步驟b)中，所述光催化劑 為矽酸鉍。
4.如權利要求1所述的結晶紫汙染汙水的處理方法，其中，在步驟d)中所述的過氧化 氫為質量分數為30%的雙氧水。
全文摘要
本發明公開了一種利用室外自然光-過氧化氫協同處理結晶紫汙染汙水的方法。本發明包括將光催化劑和所要處理的汙水混合攪拌，超聲分散，吸附平衡，加入過氧化氫，室外自然光照射和抽濾分離回收光催化劑等過程。本發明利用過氧化氫和室外自然光的聯合作用，產生氧化能力極強的羥基自由基，對難生物降解的高濃度結晶紫印染廢水具有較強的氧化能力，從而達到高效徹底淨化結晶紫汙染汙水之目的。
文檔編號C02F1/72GK101891274SQ20101023762
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月27日 優先權日2010年7月27日
發明者李陽, 段延佩, 牛軍峰, 王文龍 申請人:北京師範大學