申请日2007.06.08
公开(公告)日2008.12.10
IPC分类号C02F9/08; C02F1/74; C02F1/66; C02F103/36; B01J23/745; C02F101/34; C02F101/38; C02F1/30
摘要
本发明涉及蒽醌染料废水的光催化氧化处理，具体地说是一种用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法，首先用酸或碱调节蒽醌染料废水的pH值≤12，再加入催化剂，一次性鼓入空气，然后在光照培养箱中进行模拟太阳光条件下的光降解;每天在20-25℃下光照14-16小时，光照强度5000-5800Lux接着进入8-10小时黑暗状态，黑暗时温度保持在16-20℃;催化剂由组分A和组分B组成，组分A和组分B物质的量之比为0.01-2;催化剂与染料的物质的量之比为0.01-2。本发明采用自然光进行蒽醌染料废水的处理，脱色效果好，总有机碳去除率较高，而且本发明还具有催化剂活性高，价格低廉，处理成本低，操作简单等优点。
权利要求书
1.一种用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于：首 先用酸或碱调节蒽醌染料废水的pH值≤12，再加入催化剂，一次性鼓入 0.5-20mL空气，然后在光照培养箱中进行模拟太阳光条件下的光降解;
每天在20-25℃下光照14-16小时，光照强度5000-5800Lux接着进入 8-10小时黑暗状态，黑暗时温度保持在16-20℃;
所述催化剂由组分A和组分B组成，组分A为二价和/或三价可溶性铁 盐，组分B为碱金属或碱土金属的可溶性盐;所述的催化剂中组分A和组 分B物质的量之比为0.01-2;所述催化剂与蒽醌染料废水中染料的物质的 量之比为0.01-2。
2.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：所述的光源为模拟自然光，反应时间为1-30天，每天光照 最好为16小时，黑暗8小时;光照时温度最好控制在22℃，黑暗时温度 控制在18℃。
3.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：所述三价铁盐为三氯化铁、硝酸铁和/或硫酸铁;二价铁盐为 氯化亚铁和/或硫酸亚铁。
4.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：所述碱金属或碱土金属的可溶性盐，这些可溶性盐以NO3 -， NO2 -，8O4 2-，SO3 2-、Cl-或ClO4 -为活性阴离子组分。
5.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：所述染料废水的pH值用酸或碱调节到1≤pH≤12。
6.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：所述染料废水的pH值用酸或碱调节到2≤pH≤10。
7.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：一次性鼓入空气0.5-20mL，最好为3.5-15mL。
8.按照权利要求1所述的用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法， 其特征在于：所述染料废水的染料浓度1-150mg/L。
说明书
一种用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法
技术领域
本发明涉及蒽醌染料废水的光催化氧化处理，具体地说是一种自然光 催化氧化降解蒽醌染料废水的新方法。
背景技术
染料生产和消耗行业产生的废水已经造成了极大的环境污染。在我国， 每年超过1.6×109m3的染料废水未得到正确处理便被排放到环境中目前蒽醌染料废水的处理方法很多，传统的主要有物理法、化学法和生 物法。其中生物法由于其成本低和环境友好，是最广泛采用的一种处理方 法，但是染料废水中含有大量难于生物降解甚至是生物毒性的化合物，因 此直接采用生物法处理效果不好(Mantzavinos，D.;Pasillakis，E.J.Chem. Technol.Biotechnol.2004，79，431-454)。在这种情况下，发展一种去除这些 化合物的预处理方法以增加染料废水的可生物降解性是非常有必要的 (Mantzavinos，D.;Sahibzada，M.;Livingston，A.G.;Metcalfe I.S.;Hellgardt， K.Catal.Today 1999，53，93-106)。半导体光催化氧化法是20世纪70年代发 展起来的一种高级氧化技术，由于具有操作简便、反应条件温和、二次污 染少、可利用太阳光等突出优点，因而被广泛应用于染料废水的处理。然 而这些研究大多集中在偶氮染料的去除和降解，关于蒽醌染料光降解的工 作仍十分有限。Brussino等人Prevot，A.B.Baiocchi，C.Brussino，M.C. Pramauro，E.Savarino，P.Augugliaro，V.Marcì，G.Palmisano，L.Environ.Sci. Technol.2001，35，971-976研究了用TiO2为催化剂，用340nm的光降解蒽 醌染料Acid Blue 80，光照20分钟，脱色率达到100%，光照4小时后TOC 去除率约为72%，硫的矿化率为95%。Zhao研究小组报道了蒽醌染料 Alizarin red在TiO2和可见光420nm存在时的降解情况Liu，G.Wu，T.Zhao，J. Hidaka，H.Serpone，N.Environ.Sci.Technol.1999，33，2081-2087，发现光照 80分钟脱色完全，2小时后硫的矿化率约为43%，8小时后COD去除率约 为30%。Mansilla等人比较了TiO2和ZnO对蒽醌染料Reactive Blue 19的 光催化降解效率Lizama，C.Freer，J.Baeza，J.Mansilla，H.D.Catal.Today 2002，76，235-246，发现在pH=11时，ZnO比TiO2催化效率更高，Reactive Blue 19达到完全脱色所需的时间分别为：ZnO约25min，TiO2约60min; 光照1小时TOC去除率分别为60%ZnO和46%TiO2。但是ZnO仅适于在 中性和碱性条件下使用，而TiO2在较宽的pH范围内均有效。总的来说， 半导体光催化目前存在的主要问题是光生电子-空穴易复合，导致光催化效 率低;使用粉末状催化剂，造成回收困难;研究报道以人工光源或太阳能 的紫外辐射为主，费用较高或太阳能的利用率低。因此，开发新型高效廉 价的太阳光催化体系显得尤其重要。
发明内容
为了克服上述半导体光氧化体系存在的主要问题，本发明的目的在于提 供一种催化活性高，处理效果好，处理成本低，pH值适用范围宽，操作简 单，以太阳光为光源的光催化氧化处理蒽醌染料废水的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于蒽醌染料废水处理的光催化氧化方法，首先用酸或碱调节蒽醌 染料废水的pH值≤12，再加入催化剂，一次性鼓入0.5-20mL空气，然后 在光照培养箱中进行模拟太阳光条件下的光降解;每天在20-25℃下光照 14-16小时，光照强度5000-5800Lux接着进入8-10小时黑暗状态，黑暗时 温度保持在16-20℃;所述催化剂由组分A和组分B组成，组分A为二价 和/或三价可溶性铁盐，组分B为碱金属或碱土金属的可溶性盐;所述的催 化剂中组分A和组分B物质的量之比为0.01-2;所述催化剂与蒽醌染料废 水中染料的物质的量之比为0.01-2。
所述的光源为模拟自然光，反应时间为1-30天，每天光照最好为16 小时，黑暗8小时;光照时温度最好控制在22℃，黑暗时温度控制在18℃。
所述三价铁盐为三氯化铁、硝酸铁和/或硫酸铁;二价铁盐为氯化亚铁和 /或硫酸亚铁;碱金属或碱土金属的可溶性盐，这些可溶性盐以NO3 -，NO2 -， SO4 2-，SO3 2-、Cl-或ClO4 -为活性阴离子组分。
所述一次性空气的鼓入量0.5-20mL，最好为3.5-15mL。
所述的染料废水的pH值用酸或碱调节到1≤pH≤12，最好为2≤pH ≤10，染料废水的染料浓度通常为1-150mg/L。
本发明具有如下优点：
1、催化剂活性高，反应条件温和。本发明是在玻璃试管中，加入二价 和/或三价可溶性铁盐与非过渡金属的盐溶液组成的催化剂，以空气为氧化 剂，在模拟自然光光照下，可将蒽醌染料氧化降解为二氧化碳，水及一些 无毒的小分子羧酸。该法处理染料废水可以达到100%的脱色率，68%的总 有机碳去除率。
2、处理成本低，工业化前景大。由于本发明所用的光源为模拟自然光， 实际应用时可直接利用太阳光，另外氧化剂和催化剂便宜易得，价格低廉， 处理过程简便，因此本发明所述的光催化氧化法具有很大的可工业化应用 前景。
3、环境友好。本发明所述的反应体系简单，方便实用，催化剂反应活 性高，对污染物的去除彻底。催化剂在所用的浓度范围内对环境不会造成 二次污染。
4、适用范围广。采用该方法处理蒽醌染料废水pH适用范围宽，脱色 效果好，总有机碳去除率较高，可以适用于一系列蒽醌染料废水的处理。
