申请日2017.03.03
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C02F1/36; C02F1/72; C02F101/30; C02F101/38
摘要
本发明涉及一种降解偶氮染料废水的方法，所述方法利用超声和H2O2产生·OH，并加入Na2CO3来促进偶氮染料废水的降解。在超声和H2O2的作用下，由于Na2CO3的协同作用，极大地提高了偶氮染料的降解效率。使用紫外‑可见分光光度计测定其最大吸光度，通过加入Na2CO3，酸性橙8(Acid orange 8)偶氮染料废水在2h内的降解率由6%提高到90%以上。
权利要求书
1.一种降解偶氮染料废水的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将偶氮染料废水放入反应釜中，加入Na2CO3固体或Na2CO3溶液，调节Na2CO3的浓度范围在2～200mmol/L;
(2)在上述废水中加入双氧水，调节H2O2在所述废水中的浓度范围在1～100mmol/L;
(3)采用搅拌或扩散的方式使Na2CO3和H2O2在废水中混合均匀，调节微波功率控制反应温度;
(4)将超声换能器探头伸入染料废水中，调节超声功率，设置超声工作方式，打开超声发生器开关进行处理。
2.根据权利要求1所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：所述偶氮染料选自酸性橙8、金橙II和酸性红9中的一种或多种;优选地，偶氮染料在废水中的浓度为30μmol/L～3mmol/L。
3.根据权利要求1或2所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：所使用的双氧水浓度为30wt%。
4.根据权利要求1-3任一项所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：Na2CO3浓度范围为10～100mmol/L，优选为25～80mmol/L，更优选为40～60mmol/L;H2O2浓度范围为5～80mmol/L，优选为10～60mmol/L，更优选为15～40mmol/L。
5.根据权利要求4所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：Na2CO3浓度为50mmol/L;H2O2浓度为20mmol/L。
6.根据权利要求1-5任一项所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：步骤(3)中的温度为30～80℃，优选为40～60℃，更优选为45～55℃;步骤(3)中微波功率为0～800w，优选100～600w，更优选200～400w。
7.根据权利要求1-6任一项所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：步骤(4)中超声发生器的频率为25KHz;超声功率为0～800w，优选100～600w，更优选200～400w。
8.根据权利要求1-7任一项所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：步骤(4)中的超声工作方式为工作2s、间隔2s。
9.根据权利要求1-8任一项所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：步骤(4)中的超声处理时间为60min～180min，优选90min～150min，最优选120min。
10.根据权利要求1-9任一项所述的降解偶氮染料废水的方法，其特征在于：所述方法在碱性环境下实施，pH值优选为9.5～12，更优选为10～11.5，还更优选为10.5～11，最优选为10.9。
说明书
一种降解偶氮染料废水的方法
技术领域
本发明涉及一种降解偶氮染料废水的方法，属于染料废水处理技术领域。
背景技术
偶氮染料是指分子中含有偶氮基(-N=N-)的一类染料。偶氮染料是纺织、造纸、皮革、印刷等行业中应用最为广泛的一类合成染料，占有机染料产品总量的80%。这类染料至少有10%～15%会进入水体中，由于其具有抗光、抗氧化能力，在水体中能够稳定存在，导致水体生态系统遭到破坏;此外，偶氮染料还具有致癌、致畸、致突变作用及生物难降解性，易在环境中累积进而对生物和人类健康构成危害。所以，经济、高效地处理含偶氮染料废水具有十分重要的理论价值和工程实际意义。目前使用物理方法如活性碳、有机膨润土等吸附剂只是单纯的将污染物转移，很容易造成二次污染且无法实现彻底降解。由于印染废水特别高的色度、COD和BOD值，传统的生物降解技术效率也不理想。利用Fenton反应产生的羟基自由基可以有效地将偶氮染料彻底降解，但容易形成大量难以分离的铁泥。
利用超声波处理工业废水是一项新型水处理技术，但是偶氮染料结构稳定，单独使用超声处理效果不佳。超声与双氧水作用，可以产生具有强氧化能力的羟基自由基·OH，它能够对很多有机物产生氧化反应，但是·OH的停留时间非常短暂，降解速率缓慢。研究发现将超声与其他方法联用，利用其协同效应提高对偶氮染料的降解效果。目前利用协同作用处理有机废水的专利中，如CN200610085548.6利用超声波和光辐射的方式处理偶氮染料废水时能耗较高，废水透明度低时对光的利用效率低导致处理时间长、处理效果不佳，不适合大规模工业应用。CN201110324834.4利用活性炭负载铁钴双金属氧化物作为催化剂与过硫酸盐和超声波结合处理废水中的有机物;CN201210252042.5利用活性炭负载氧化锌作为催化剂与超声波和过二硫酸盐结合处理有机废水;二者均存在催化剂制备工艺复杂，生产成本高的问题，使用金属氧化物作为催化剂存在金属离子溶出的问题，在大量使用时存在二次污染，且前者的催化剂在回收循环使用时催化效率会降低。CN201410552018.2中，TeO2掺杂TiO2催化超声降解偶氮染料废水，处理前需要用HCl调节到强酸性环境、处理中需要不断搅拌、处理后需要静置使固液分离，过程复杂。综合来看，现有的协同作用存在以下缺点：
(1)单独的超声波和光辐射协同作用时，处理时间长，处理效果不佳。(如CN200610085548.6)
(2)使用催化剂与超声和氧化剂共同作用时，催化剂制备工艺复杂，制备成本高。(如CN201110324834.4和CN201210252042.5)
杨世迎等(Yang et al.,2010)使用不同阴离子协同氧化剂H2O2、过硫酸盐和过一硫酸盐降解酸性橙7染料发现以CO32-协同过一硫酸盐效果最好。但是上述使用过硫酸盐等作为氧化剂时，由于过硫酸盐分解后会产生大量SO42-，进入水体之后稳定存在，对地表水和地下水等造成污染。而CO32-在进入水体之后和大气中的CO2进行交换，并不会对水体造成任何影响。
发明内容
为解决如上所述的问题，本发明提供了一种降解偶氮染料废水的方法，所述方法利用超声和H2O2产生·OH，并加入Na2CO3来促进偶氮染料废水的降解。如图1所示，在超声和H2O2的作用下，由于Na2CO3的协同作用，极大地提高了偶氮染料的降解效率。使用紫外-可见分光光度计测定其最大吸光度，通过加入Na2CO3，酸性橙8(Acid orange 8)偶氮染料废水在2h内的降解率由6%提高到90%以上。
在一个方面中，本发明的降解偶氮染料废水的方法利用微波控制反应温度，利用超声和双氧水H2O2产生羟基自由基·OH，并通过CO32-与超声/微波和双氧水产生协同作用，所述方法包括以下步骤：
(1)将偶氮染料废水放入反应釜中，加入Na2CO3固体或Na2CO3溶液，调节Na2CO3的浓度范围在2～200mmol/L;
(2)在上述废水中加入双氧水，调节H2O2在所述废水中的浓度范围在1～100mmol/L;
(3)采用搅拌或扩散的方式使Na2CO3和双氧水在废水中混合均匀，调节微波功率控制反应温度;
(4)将超声换能器探头伸入染料废水中，调节超声功率，设置超声工作方式，打开超声发生器开关进行处理。
在优选的实施方式中，所述偶氮染料选自酸性橙8、金橙II和酸性红9中的一种或多种;优选地，偶氮染料在废水中的浓度为30μmol/L～3mmol/L。
在优选的实施方式中，所使用的双氧水浓度为30wt%。
在优选的实施方式中，Na2CO3浓度范围为10～100mmol/L，优选为25～80mmol/L，更优选为40～60mmol/L。
在优选的实施方式中，H2O2浓度范围为5～80mmol/L，优选为10～60mmol/L，更优选为15～40mmol/L。
在优选的实施方式中，Na2CO3浓度为50mmol/L;并且H2O2浓度为20mmol/L。
在优选的实施方式中，步骤(3)中的温度为30～80℃，优选为40～60℃，更优选为45～55℃。
在优选的实施方式中，步骤(3)中微波功率为0～800w，优选100～600w，更优选200～400w。
在优选的实施方式中，步骤(4)中超声发生器的频率为25KHz;超声功率为0～800w，优选100～600w，更优选200～400w。
在优选的实施方式中，步骤(4)中的超声工作方式为工作2s、间隔2s。
在优选的实施方式中，步骤(4)中的超声处理时间为60min～180min，优选90min～150min，最优选120min。
在优选的实施方式中，所述方法在碱性环境下实施，pH值优选为9.5～12，更优选为10～11.5，还更优选为10.5～11，最优选为10.9。
以偶氮染料废水Acid orange 8为例，通过本发明所述方法对Acid orange 8偶氮染料废水进行处理，成功实现了偶氮染料的降解。经过本发明方法的处理，染料废水的色度在较短时间内颜色由深变浅，经过一段时间的处理后染料废水变得接近透明。如图2所示，Acid orange 8偶氮染料废水的吸收光谱随着处理时间的延长，峰值处的吸光度越来越低，经过两个小时的处理，吸收光谱趋于平坦。并且在处理过程中未出现其它特征峰，说明没有生成其他物质。
