一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法
2023-05-27 18:51:51
專利名稱：一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用紫外光和氧化處理染料廢水的方法，具體的說，是一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法。
背景技術：
高級氧化技術是20世紀80年代發展起來的處理廢水中有毒有害高濃度汙染物的新技術。它的特點是通過反應把氧化性很強的羥基自由基釋放出來，將大多數有機汙染物礦化或有效分解，甚至徹底地轉化為無害的小分子無機物。根據所用氧化劑及催化條件的不同，高級氧化技術通常可分為六大類(1)化學氧化法；(2 )化學催化氧化法；(3 )溼式氧化法；(4)超臨界水氧化法；(5)光化學氧化法和光化學催化氧化法；(6)電化學氧化還原法。其中光化學氧化法的反應條件溫和、氧化能力強、適用範圍廣，利用該法處理難降解有機汙染物已成為國內外的研究熱點。目前研究較多的是非均相光催化氧化法和均相光氧化法兩大類。對於非均相光催化氧化法，目前研究較多的半導體光催化氧化法，該法幾乎可使水中所有的有機物降解。與非均相光催化氧化法相比，加入03、H2O2, Fenton試劑等氧化劑與光一起作用的均相光氧化法，其氧化能力和光解速率都遠遠超過單純的半導體光催化氧化法，是一種十分簡便的廢水處理技術，日益受到環保工作者的重視，國內外已有許多相關研究報導(U. S. patent 4012321，U.S. patent 6555835，WO patent 93/08129，中國專利 200910020021. 9)。印染廢水含有大量的有機物和鹽份，具有化學含氧量(COD)高、色澤深、酸鹼性強等特點，一直是廢水處理中的難題。常用的幾種均相光氧化方法，例如uv/O3、UV/H2O2、UV/ Fenton等技術對印染廢水有一定的處理能力，但是受許多因素的制約，可行性較差。譬如， O3需現場製取，初期建造成本和運行費用高，且存在氣_液傳質問題，效率較低。Fenton反應會產生大量的金屬氧化物泥渣造成二次汙染，而且往往不能使水體完全脫色。UV/H202方法較前兩種方法具有操作運行簡便、易於維護等優點，但是受水體中共存物質影響嚴重，反應選擇性差，試劑消耗量大，運行成本高。乙醯丙酮是一個具有烯醇式和酮式互變異構體的小分子雙酮化合物，在催化劑和助催化劑方面，用作氧氣氧化促進劑、石油裂解及加氫催化劑、異構化催化劑、低級烯烴的聚合等。乙醯丙酮的烯醇式在紫外區有較強的吸光截面，在氣相中經紫外光照射可產生氫氧自由基。它的液相光化學迄今為止未有報導。
發明內容
1、本發明要解決的技術問題
針對現有的染料廢水的處理方法普遍存在的反應選擇性差，試劑消耗量大，運行成本高等問題，本發明提供了一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，可應用於印染廢水和受染料汙染水體的處理，能夠使染料在紫外光的照射下快速脫色，達到染料廢水處理的目的。
2、技術方案
本發明原理基於高級氧化技術的基本原理，結合乙醯丙酮數十倍於H2O2的吸收紫外光的能力(乙醯丙酮在275 nm處的摩爾消光係數為1800 M—1 cnT1，H2O2在254 nm處的摩爾消光係數為20 M—1 cm—1)以及出色的螯合性能等特點，利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水。技術方案為
一種利用紫外光_乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，其步驟為
A)加入乙醯丙酮至含染料水體，攪拌混勻；
B)將步驟A)中的含染料水體置於紫外光源下輻照，至染料脫色。其中步驟A之前需要將含染料水體過濾，除去其中的懸浮物。步驟A中含染料水體中染料的含量在0.5 mM以下，水體pH在9.0以下。步驟A中染料和乙醯丙酮的摩爾濃度比為1:2 - 1:5，於5-40°C在0. 1-10 mW/cm2的輻照場內照射0. 5 - 4 h，可使染料溶液的脫色率高於99%。步驟B中的紫外光源可為任何能夠發射紫外線的汞燈或黑光燈。步驟B的操作溫度為5 40°C。步驟B中照射時間與染料的濃度、乙醯丙酮的用量和紫外光源發射光譜的強度有關。3、有益效果
本發明公開了以一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，本發明可使染料在紫外光的照射下快速脫色，且隨著反應的進行，脫色速率加快，經脫色處理的水體可生化性提高，因此除可實現染料的脫色外，亦可作微生物處理工藝的預處理；
本發明可廣泛應用於印染廢水和受染料汙染水體的處理。能夠在共存有機物的摩爾濃度高於染料時，仍能夠使染料在紫外光的照射下快速脫色，且隨著反應的進行，脫色速率加快，經脫色處理的水體其可生化性由初始的B0D5/C0D 0.3，因此除可實現染料的脫色外，亦可作微生物處理工藝的預處理；
本發明所採用的乙醯丙酮，性質相對光化學氧化中常用的雙氧水較為穩定，易於運輸、 貯存；
本發明方法具有uv/H2O2方法的所有優點，例如操作運行簡便、易於維護等，又克服了 uv/H2O2方法中的不足。本發明方法對水體中共存有機物和無機鹽的耐受性強、需要投加的試劑量低，脫色效率高、運行成本低，可廣泛應用於印染廢水和受染料汙染水體的處理。
圖1是本發明實施例所用旋轉光化學反應器的示意圖； 圖2是本發明實施例所用簡易紫外輻照裝置的示意圖3是本發明實施例高濃染料廢水的紫外光氧化_生物處理聯用工藝示意圖。
具體實施例方式以下通過實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1
將25 ml含0. 2 mM橙黃II和0. 5 mM乙醯丙酮的水溶液裝入內徑為2 cm的石英試管
4Ι-a，將25 ml含0. 2 mM橙黃II和0. 5 mM H2O2的水溶液裝入內徑為2 cm的石英試管l_b， 將石英試管1以平行於300 W中壓汞燈2軸向方向的位置放置，汞燈2置於冷卻水夾套3 中，石英管1距汞燈2的距離為6 cm。開啟汞燈2預熱5分鐘，石英管1接受的輻照光強在365 nm處為4 mW/cm2，除去汞燈2與石英管1之間的遮光罩4，石英管1繞汞燈2公轉和自轉，於25°C照射1 h後石英管Ι-a中的溶液徹底脫色，石英管l_b中的溶液脫色率僅為 32%。該實施例說明UV/乙醯丙酮方法較UV/H202方法具有更高的脫色效率。輻照裝置請參閱圖1。實施例2:
輻照裝置及溶液組成同實施例1，改變溶液溫度在5-40°C區間，石英管I中的溶液脫色率維持在高於99%的水平。實施例3:
輻照裝置及輻照條件同實施例1，石英管l_a和Ι-b中分別加入0. 2 mM的乙醇，石英管 1-a (UV/乙醯丙酮體系)中的溶液脫色率基本不變。石英管1-b (UV/H202對照組)中的溶液脫色率降低33%。該實施例說明UV/乙醯丙酮方法較UV/H202方法具有更強的抗有機物幹擾的能力。實施例4:
輻照裝置及溶液組成同實施例1，將石英管Ι-a和Ι-b置於輻照場內，每5分鐘取一樣品做動力學分析。在上述條件下，UV/乙醯丙酮體系中橙黃II的準一級脫色速率常數在前 45分鐘內為UV/H202體系的5倍，輻照45分鐘之後UV/乙醯丙酮體系中脫色速率較初期提高5倍，而UV/H202體系中染料的降解速率常數在整個輻照過程中沒有變化。實施例5:
輻照裝置及輻照條件同實施例1，石英管1-c中溶液為25 ml含0.2 mM橙黃II和1 mM 乙醯丙酮的水溶液，石英管Ι-d中溶液為25 ml含0.2 mM橙黃II和0.05 g/L P25 TiO2的水溶液，輻照2小時後，石英管1-c中溶液的脫色率為100%，石英管Ι-d中溶液的脫色率為 45%。實施例6:
將90 ml含0. 15 mM橙黃II和0. 09 g/L乙醯丙酮的水溶液裝入內徑為5 cm的玻璃燒杯5-a中，將90 ml含0. 15 mM橙黃II和0. 50 g/L P25 TiO2的水溶液裝入內徑為5 cm 的玻璃燒杯5-b，將燒杯5-a和5-b置於磁力攪拌器6上攪拌，在其上方垂直距離為15 cm 處安裝一 30 W低壓汞燈7，燒杯中溶液所受輻照光強在254 nm處為0.3 mW/cm2，開啟低壓汞燈7，於25°C照射上述兩溶液，100分鐘後燒杯5-a中溶液的脫色率為98%，燒杯5_b中溶液的脫色率為95%。該實施例所用輻照裝置請參閱圖2。實施例7
將90 ml含0.5 mM橙黃II和ImM乙醯丙酮的水溶液裝入玻璃培養皿中，液層厚度為 2cm，在其上方垂直距離為5cm處安裝一 1000 W高壓汞燈，溶液所受輻照光強在365 nm處為10 mW/cm2，開啟高壓汞燈，於25°C照射上述溶液，3小時候後溶液的脫色率為98%。實施例8:
輻照裝置及輻照條件同實施例1，但是溶液組成為0. 12 mM的剛果紅和0. 3 mM的乙醯丙酮，輻照2 h後溶液的脫色率達75%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為40%。
實施例9
輻照裝置及輻照條件同實施例1，但是溶液組成為0. 12 mM的甲基橙和0. 5 mM的乙醯丙酮，輻照4 h後溶液的脫色率達93%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為46%。實施例10
輻照裝置及輻照條件同實施例1，但是溶液組成為0. 03 mM的亞甲基藍和0. 3 mM的乙醯丙酮，輻照2 h後溶液的脫色率為97%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為94%。實施例11
輻照裝置及輻照條件同實施例1，但是溶液組成為0. 03 mM的羅丹明B和0. 3 mM的乙醯丙酮，輻照2 h後溶液的脫色率為92%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為92%。實施例12
輻照裝置及輻照條件同實施例1，但是溶液為稀釋5倍後的蒽醌染料廢水加入乙醯丙酮使其濃度為1 mM，該廢水的COD為5000 mg/L，pH = 8.3。輻照2 h後該染料廢水的脫色率為77%，同等條件下UV/H202體系的脫色率僅為19%。圖3為本發明所述技術與傳統生物處理相結合的工藝流程示意圖，其中的AA為乙
醯丙酮。
權利要求
1.一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，其特徵在於，其步驟為A)加入乙醯丙酮至含染料水體，攪拌混勻；B)將步驟A)中的含染料水體置於紫外光源下輻照，至染料脫色。
2.根據權利要求1所述的一種利用紫外光_乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，其特徵在於步驟A中含染料水體中染料的含量在0.5 mM以下，水體pH在9.0以下。
3.根據權利要求2所述的一種利用紫外光_乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，其特徵在於步驟A中乙醯丙酮加入染料水體後的摩爾濃度為0. 3 lmM。
4.根據權利要求2或3所述的一種利用紫外光_乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法， 其特徵在於步驟B於5-40°C在0. 1-10 mff/cm2的輻照場內照射0. 5 - 4 h。
5.根據權利要求2或3所述的一種利用紫外光_乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法， 其特徵在於步驟B中的紫外光源為任何能夠發射紫外線的汞燈或黑光燈。
6.根據權利要求2或3所述的一種利用紫外光_乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法， 其特徵在於步驟A之前需要將含染料水體過濾，除去其中的懸浮物。
全文摘要
本發明公開了一種利用紫外光-乙醯丙酮氧化處理染料廢水的方法，屬於染料廢水處理領域。其步驟為A)加入乙醯丙酮至含染料水體，攪拌混勻；B)將步驟A)中的含染料水體置於紫外光源下輻照，至染料脫色本。本發明以紫外光引發的自由基反應為基礎，提供了一種水體中高濃度染料的氧化脫色方法。經本發明處理後含染料水體可完全脫色，在氧化過程中水體中的染料起光敏劑的作用，且隨氧化反應的進行染料脫色具有自加速的特點。經該技術處理的水體可生化性由初始的5天生化需氧量(BOD5)對化學耗氧量(COD)比值低於0.1提高至BOD5/COD>0.3，因此除可實現染料的高效脫色外，本發明亦可作為微生物處理工藝的預處理。
文檔編號C02F1/32GK102491450SQ20111041970
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月15日 優先權日2011年12月15日
發明者劉犀通, 呂路, 張淑娟, 張煒銘, 潘丙才, 王夢姝 申請人:南京大學