CN101519256A - 铋酸钠在快速降解有机染料废水中的应用及降解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铋酸钠在快速降解有机染料废水中的应用及降解方法。首先将有机染料废水格栅除杂和静置沉淀，用pH值调节为7～10；而后废水引入反应容器，加入NaBiO3，可见光照射，在搅拌的作用下反应，废水处理后排出。当有机废水浓度超过130mg/L时应对其加以稀释。所选用的铋酸钠为商用品，可直接购得，从经济上的考虑投加浓度为0.1～2g/L，当投加浓度超过3g/L过多的固体颗粒会散射光照，使光解效率降低。本发明用于处理染料废水的适用性强，常温下即可进行。所发明的催化氧化剂具有很强的氧化能力，能氧化大多数有机染料，并且降解速度很快，TOC下降显著。催化剂成本低廉，易于大规模生产使用。
Description
技术领域：
本发明涉及有机染料废水的处理方法，更具体的说是铋酸钠在快速降解有机染料废水中的应用及降解方法。
背景技术：
水资源同能源资源、耕地资源并称为支撑我国经济社会可持续发展的三大重要战略资源。随着染料纺织工业的迅速发展，染料的品种和数量不断增加，合成染料厂和印染厂每年都要排放大量的染料废水，已经成为水系环境的重点污染源之一，有效处理这些废水是环境保护的必然要求。而染料废水水质复杂，有机污染物含量高，pH值变化大，COD、BOD差别大，不易生化降解。化学氧化法可将其直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性，同时还对环境类激素等微量有害化学物质的处理方面有很大的优势。而普通的化学氧化存在多种弊端如：氧化降解速率不够高，设备要求严苛，反应环境恶劣等。高级氧化技术的出现克服了普通氧化法存在的问题，并以其独特的优点越来越引起重视。高级氧化法最显著的特点是以羟基自由基为主要氧化剂与有机物发生反应，反应中生成的有机自由基可以继续参加·HO的链式反应，或者通过生成有机过氧化自由基后，进一步发生氧化分解反应直至降解为最终产物CO2和H2O，从而达到氧化分解有机物的目的。与其他传统的水处理方法相比，高级氧化法具有以下特点：产生大量非常活泼的羟基自由基·HO其氧化能力(2.80v)仅次于氟(2.87)，它作为反应的中间产物，可诱发后面的链反应，羟基自由基与不同有机物质的反应速率常数相差很小，当水中存在多种污染物时，不会出现一种物质得到降解而另一种物质基本不变的情况；·HO无法选择地直接与废水中的污染物反应将其降解为二氧化碳、水和无害物，不会产生二次污染；普通化学氧化法由于氧化能力差，反应有选择性等原因，往往不能直接达到完全去除有机物降低TOC和COD的目的，而高级氧化法则基本不存在这个问题(1.Chen，C.；Zhao，W.；Li，J.；Zhao，J.；Hidaka，H.；Serpone，N.，Formation and Identification of Intermediates in theVisible-Light-Assisted Photodegradation of Sulforhodamine-B Dye in AqueousTiO2 Dispersion.In 2002；Vol.36，pp 3604-3611.)，氧化过程中的中间产物均可以继续同羟基自由基反应，直至最后完全被氧化成二氧化碳和水，从而达到了彻底去除TOC、COD的目的；由于它是一种物理化学过程，很容易加以控制，以满足处理需要；同普通的化学氧化法相比，高级氧化法的反应速度很快，能在很短时间内达到处理要求；既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配，如作为生化处理的预处理，可降低处理成本。其中半导体多相光催化是近20年发展起来的新兴研究领域。因反应体系在光催化下将吸收的光能直接转变为化学能，因而使许多通常情况下难以实现的反应在比较温和的条件下能够顺利进行。半导体多相光催化在环境保护方面的突出优点，有力地推动了人们对其在深度和广度上的研究。
光催化材料大多是金属氧化物、硫化物或复合氧化物等半导体材料，具有特殊的电子结构，其能带是不连续的。当用一定能量的光照射时，半导体可受激发，则价带中的电子可被激发到导带，成为高活性电子(e-)，而同时在价带留下一个带正电荷的空穴(h+)，进而与吸附在催化剂表面上的H2O作用生成高活性的HO·，与污染物分子发生一系列化学反应。此前最为经典的光催化剂二氧化钛受其3.2eV禁带宽度的限制，只能对紫外光做出响应，而太阳光照射到地面的部分中可见光约为43％，紫外光的比例很小(仅5％)，所以其对太阳光的利用率很低。而近些年来发展的一些能对可见光响应的催化氧化剂存在光催化效率低、降解不完全的缺点。因此，开发应用新型高效的可见光催化剂，充分利用太阳能，将是光催化技术走向实用化的必然趋势。最近研究表明(Kako，T.；Zou，Z.G.；Katagiri，M.；Ye，J.H.，Decomposition of organic compounds over NaBiO3 under visiblelight irradiation.Chemistry of Materials 2007，19，(2)，198-202.)铋酸钠作为一种新型钙钛矿型半导体材料具有可见光催化活性，但并没有任何内容表明仅仅依靠它就能降解有机染料废水。
发明内容：
1.发明要解决的技术问题
针对现有有机染料废水处理中存在的处理时间长、成本高等问题，本发明提出在快速降解有机染料废水中应用铋酸钠，使其来催化降解有机染料废水的方法，应用本发明使得能耗小、操作方便、无二次污染、反应温和，能在较短时间内达到脱色、降解、除去染料的目标。
2、技术方案
本发明提出了可见光催化氧化处理染料废水的方法，是以铋酸钠作为催化剂，在光照的条件下催化降解有机染料。有机染料降解方法的操作方式为在染料水溶液中投加铋酸钠催化剂，铋酸钠为黄色无定形粉末，不溶于水，在酸性介质中有强氧化性，可直接购得。悬浊液在搅拌的作用下多相均一混合，伴随着可见光的照射降解有机染料。其具体技术方案如下：
一种快速降解有机染料废水的方法，其步骤为
(A)将有机染料废水格栅除杂和静置沉淀，用pH值调节为7～10；
(B)废水引入反应容器，加入NaBiO3，可见光照射，在搅拌的作用下反应，废水处理后排出。
考虑到高浓度有机染料废水色度高，光的穿透性不好，降解效率受影响较大，故当有机废水浓度超过130mg/L时应对其加以稀释。
所选用的铋酸钠为商用品，可直接购得，从经济上的考虑投加浓度为0.1～2g/L，当投加浓度超过3g/L过多的固体颗粒会散射光照，使光解效率效率降低。
3.有益效果：
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：(1)本发明废水处理方式用于处理染料废水的适用性强，常温下即可进行。所发明的催化氧化剂具有很强的氧化能力，能氧化大多数有机染料，并且降解速度很快，TOC下降显著。(2)催化剂成本低廉，易于大规模生产使用。整套光催化降解系统的运行成本也很低，能耗低，经济性高。
附图说明
图1本发明降解天青I的脱色率变化图。
具体实施方式
以下通过具体实例进一步说明本发明。
实施例1：
配制62.5mg/L番红花红水溶液模拟染料废水，量取80mL染料溶液装入反应器中。其中置一搅拌子，在搅拌器的作用下搅拌溶液，反应器有水冷保护，在反应的过程中循环冷凝水可以保持整个反应在常温进行。称取130mg NaBiO3投加入上述溶液，在搅拌的作用下充分混合后，可见光照射使染料溶液脱色。随后测定番红花红随反应时间的变化情况，以及TOC的变化情况实验结果表明，14min内番红花红的浓度降低98.7％，TOC下降79％。
实施例2：
配制57mg/L甲基紫水溶液模拟染料废水，量取70mL染料溶液装入反应器中。其中置一搅拌子，在搅拌器的作用下搅拌溶液，反应器有水冷保护，在反应的过程中循环冷凝水可以保持整个反应在常温进行。称取100mg NaBiO3投加入上述溶液，在搅拌的作用下充分混合后，可见光照射使染料溶液脱色。随后测定甲基紫浓度随反应时间的变化情况，以及TOC的变化情况实验结果表明，9min内甲基紫的浓度降低99％，TOC下降67％。
实施例3：
配制100mg/L碱性品红水溶液模拟染料废水，量取80mL染料溶液装入反应器中。其中置一搅拌子，在搅拌器的作用下搅拌溶液，反应器有水冷保护，在反应的过程中循环冷凝水可以保持整个反应在常温进行。称取120mg NaBiO3投加入上述溶液，在搅拌的作用下充分混合后，可见光照射使染料溶液脱色。随后测定碱性品红浓度随反应时间的变化情况，以及TOC的变化情况实验结果表明，40min内碱性品红的浓度降低99％，TOC下降87％。
实施例4：
配制125mg/L天青I水溶液模拟染料废水，量取60mL染料溶液装入反应器中。其中置一搅拌子，在搅拌器的作用下搅拌溶液，反应器有水冷保护，在反应的过程中循环冷凝水可以保持整个反应在常温进行。称取100mg NaBiO3投加入上述溶液，在搅拌的作用下充分混合后，可见光照射使染料溶液脱色。随后测定天青I浓度随反应时间的变化情况，以及TOC的变化情况实验结果表明，71min内天青I的浓度降低99％，TOC下降73.4％。
实施例5：
配制25mg/L茜素红水溶液模拟染料废水，量取100mL染料溶液装入反应器中。整个反应器暴露于太阳光下，其中置一搅拌子，在搅拌器的作用下搅拌溶液，称取120mg NaBiO3投加入上述溶液，在搅拌的作用下充分混合后，太阳光照射使染料溶液脱色。随后测定茜素红浓度随反应时间的变化情况，实验结果表明，40min内茜素红的浓度降低95％。
改变以上实施例中NaBiO3投加量(0.1～5g/L)，当投加浓度超过3g/L过多的固体颗粒会散射光照，使光解效率效率降低，投加浓度为0.1～2g/L时效果较好。
本发明并不限于以上实施例。
Claims (5)
1.一种快速降解有机染料废水的方法，其步骤为
(A)将有机染料废水格栅除杂和静置沉淀，用pH值调节为7～10；
(B)废水引入反应容器，加入NaBiO3，可见光照射，在搅拌的作用下反应，废水处理后排出。
2.根据权利要求1所述的快速降解有机染料废水的方法，其特征在于步骤(A)中有机染料废水浓度不超过130mg/L，超过时稀释。
3.根据权利要求2所述的快速降解有机染料废水的方法，其特征在于步骤(B)中NaBiO3投入量为0.1～2g/L。
4.根据权利要求1所述的快速降解有机染料废水的方法，其特征在于反应后可回收NaBiO3，继续使用。
5.铋酸钠在快速降解有机染料废水中的应用。
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