CN101891274A - 一种室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法。本发明包括将光催化剂和所要处理的污水混合搅拌，超声分散，吸附平衡，加入过氧化氢，室外自然光照射和抽滤分离回收光催化剂等过程。本发明利用过氧化氢和室外自然光的联合作用，产生氧化能力极强的羟基自由基，对难生物降解的高浓度结晶紫印染废水具有较强的氧化能力，从而达到高效彻底净化结晶紫污染污水之目的。

Description

一种室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其是关于处理结晶紫污染污水的领域，具体为一种利用室外自然光与过氧化氢的协同作用，高效去除水中高浓度结晶紫的方法。
背景技术
印染废水对水资源的污染已成为非常严重的问题，属于较难处理的工业废水之一。结晶紫作为三苯甲烷类染料，具有十分广泛的用途，除应用于纺织、印染和油墨工业领域外，还可用于纸张、玩具和一些塑料制品的染色。据报道，在印染行业中约5％～10％的结晶紫由于工艺效率过低而排入天然水体，这些染料在自然水体中不断积累，对自然环境和人类健康造成严重的威胁。这些染料的使用不但影响水体美观，更为严重的是结晶紫在自然环境中能够转化为毒性更强的中间产物，从而对水生生物和人类产生更大的毒害作用。因此，在排放前对结晶紫进行处理显得尤为必要。
目前，国内外对印染废水的去除方法进行了广泛的研究，其中较为成熟的工业化处理方法有生化法、物理-化学法、焚烧法、碳化法、活性炭吸附法、酸回收法及高压脉冲电解法等。但这些方法和技术不同程度地存在费效比高，净化不彻底，二次污染严重，操作复杂等问题，这就对结晶紫污水的脱色提出了新的挑战。
光催化氧化技术是70年代发展起来的一种高效、节能的净化水体中难降解有机污染物的新技术，具有能耗低、操作方便和反应条件温和等优点，在处理水中污染物的应用方面取得了很大的进展。在光照条件下，催化剂能够产生电子-空穴(hvb +)对，一方面价带hvb +具有很强的氧化能力，能够去除水中有机污染物；另一方面，吸附在催化剂表面的O2和H2O能够与导带电子反应产生各种活性物种，如羟基自由基(OH·)，超氧阴离子自由基(O2 ·-)等，这些活性物种能够与有机物发生氧化还原反应，将其转化为毒性低的物质或者将其矿化为二氧化碳和水。但光催化技术存在着光能利用率低和光量子效率低等问题，单靠光催化工艺的氧化强度降解水中结晶紫的效率还不够高。因此结合新的水处理技术，以弥补光催化技术的缺陷是亟待解决的问题。而且，目前对于染料废水的光催化降解还停留在室内模拟光源的阶段。因此，研究如何利用室外自然光高效去除水中结晶紫具有十分重要的实际意义。
硅酸铋晶体是一种宽带隙、高电阻率的非铁电立方半导体，具有独特的光电、光电导、光折变及声光性能。近年来，作为一种重要的光电材料，硅酸铋晶体已经引起材料科学和光催化领域的高度重视。本发明中使用的硅酸铋光催化剂在专利号为ZL 200710166218.4，名称为一种硅酸铋粉体光催化剂的制备方法，公开号为CN101157026A的专利中有详细介绍。该催化剂制备工艺简单，催化活性高，反应条件温和，对反应装置要求低，利于工业化推广，因此硅酸铋具有十分广阔的应用前景。
过氧化氢(H2O2)氧化技术是处理污水的常用方法，作为一种绿色、环保、经济的处理方法已经在部分水处理领域得到了广泛应用，尤其用于染料污水的处理。H2O2是一种中等强度的氧化剂，能够有效地氧化多种有机污染物，从而达到对水中有机污染物净化的目的。其来源广泛、安全性能好、无腐蚀性且其分解产物无污染，是一种绿色的氧化剂。但H2O2对于水环境中高浓度的结晶紫污染难以处理，因此往往需要与其他技术协同发挥作用，方能达到彻底净化结晶紫污水之目的，如H2O2与O3、紫外光、超声波等联合作用，可以产生氧化能力极强的OH·，对难生物降解的高浓度染料具有较强的氧化分解能力。
本发明所要解决的技术问题是将光催化技术和H2O2氧化技术相结合，以H2O2为氧化剂，通过加入催化剂硅酸铋并借助于室外自然光的照射，对难降解的结晶紫进行脱色，取长补短，发挥H2O2操作简单、条件温和的优势，辅之以低选择性、高氧化程度的光催化技术，克服现有H2O2氧化技术和光催化技术的不足，提供一种简单、高效、无二次污染、降解完全彻底的结晶紫污水的处理方法。
发明内容
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法，其特征在于：利用过氧化氢在室外自然光照射下产生氧化能力极强的羟基自由基，对高浓度的结晶紫污染污水进行净化；其中，所述方法包括如下步骤：
a)配制一定浓度的结晶紫溶液；
b)黑暗条件下向结晶紫溶液中加入光催化剂，其中光催化剂的用量为0.5～1.0g/L；
c)黑暗条件下超声30min，使催化剂均匀分散于结晶紫溶液；
d)将过氧化氢和所要处理的污水混合并不断搅拌使其混合均匀，其中每100mL污水中过氧化氢的加入量为0.5～3mL；
e)采用室外自然光照射，光催化降解反应时间为2h；
f)抽滤分离，回收光催化剂。
本发明所述的结晶紫污染污水的处理方法，其中，在步骤a)中，所述结晶紫的初始浓度为20～40mg/L；
本发明所述的结晶紫污染污水的处理方法，其中，在步骤b)中所述的光催化剂为硅酸铋；
本发明所述的结晶紫污染污水的处理方法，其中，在步骤d)中所述的过氧化氢为质量分数为30％的双氧水。
本发明具有如下优点：
a)可高效彻底地清除水中高浓度、难降解的染料结晶紫的污染；
b)克服了光催化和过氧化氢氧化技术的不足之处，使二者复合以发挥更大的效力；
c)该方法工艺简单，易于推广，光催化剂可回收利用，不造成二次污染；
d)利用室外自然光对结晶紫进行处理，能够高效利用清洁能源。
该方法在光催化剂用量为0.1g和3mL H2O2处理100mL初始浓度为40mg/L的结晶紫污水2h后，对结晶紫在紫外可见分光光度计上几乎无法检出，COD去除率为90.8％，并且光催化剂能在不降低效果的前提下重复使用5次以上。
下面结合附图和实施例来进一步说明本发明，其中部分条件仅是作为典型情况的说明，并非对本发明的限定。
附图说明
图1室外自然光-过氧化氢协同降解过程中结晶紫浓度随时间的变化。
具体实施方式
实施例1
将0.1g硅酸铋光催化剂分散于100mL初始浓度为40mg/L的结晶紫溶液中，在黑暗条件下将混合液超声30min，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条件下磁力搅拌30min，达到吸附平衡后再加入3mL质量分数为30％的双氧水，搅拌并使其混合均匀。将光催化反应器置于室外自然光下垂直照射，搅拌反应2h。反应完成后以抽滤法分离回收光催化剂。反应过程中，每20min取样，离心分离取上清液，以紫外可见分光光度计(Varian，cary50)对结晶紫的浓度进行分析定量。
图1为结晶紫浓度随降解时间的变化。反应2h后，结晶紫在紫外可见分光光度计上几乎无法检出，COD去除率为90.8％。
实施例2
将0.1g硅酸铋光催化剂分散于100mL初始浓度为30mg/L的结晶紫溶液中，在黑暗条件下将混合液超声30min，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条件下磁力搅拌30min，达到吸附平衡后再加入2mL质量分数为30％的双氧水，搅拌并使其混合均匀。将光催化反应器置于室外自然光下垂直照射，搅拌反应2h。反应完成后以抽滤法分离回收光催化剂。反应过程中，每20min取样，离心分离取上清液，以紫外可见分光光度计(Varian，cary50)对结晶紫的浓度进行分析定量。
反应2h后，结晶紫的脱色率为99.8％，COD去除率高达88.5％。
实施例3
将0.1g硅酸铋光催化剂分散于100mL初始浓度为30mg/L的结晶紫溶液中，在黑暗条件下将混合液超声30min，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条件下磁力搅拌30min，达到吸附平衡后再加入1.5mL质量分数为30％的双氧水，搅拌并使其混合均匀。将光催化反应器置于室外自然光下垂直照射，搅拌反应2h。反应完成后以抽滤法分离回收光催化剂。反应过程中，每20min取样，离心分离取上清液，以紫外可见分光光度计(Varian，cary50)对结晶紫的浓度进行分析定量。
反应2h后，结晶紫的脱色率为90.9％，COD去除率高达81.5％。
实施例4
将0.05g硅酸铋光催化剂分散于100mL初始浓度为20mg/L的结晶紫溶液中，在黑暗条件下将混合液超声30min，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条件下磁力搅拌30min，达到吸附平衡后再加入1mL质量分数为30％的双氧水，搅拌并使其混合均匀。将光催化反应器置于室外自然光下垂直照射，搅拌反应2h。反应完成后以抽滤法分离回收光催化剂。反应过程中，每20min取样，离心分离取上清液，以紫外可见分光光度计(Varian，cary50)对结晶紫的浓度进行分析定量。
反应2h后，结晶紫的脱色率为83.5％，COD去除率为70.5％。
实施例5
将0.05g硅酸铋光催化剂分散于100mL初始浓度为20mg/L的结晶紫溶液中，在黑暗条件下将混合液超声30min，使催化剂在溶液中完全分散。照射前先将混合液在黑暗条件下磁力搅拌30min，达到吸附平衡后再加入0.5mL质量分数为30％的双氧水，搅拌并使其混合均匀。将光催化反应器置于室外自然光下垂直照射，搅拌反应2h。反应完成后以抽滤法分离回收光催化剂。反应过程中，每20min取样，离心分离取上清液，以紫外可见分光光度计(Varian，cary50)对结晶紫的浓度进行分析定量。
反应2h后，结晶紫的脱色率可达72.3％，COD去除率为60.8％。

Claims (4)

1.一种室外自然光-过氧化氢协同处理结晶紫污染污水的方法，其特征在于：利用过氧化氢在室外自然光的照射下产生氧化能力极强的羟基自由基，对高浓度的结晶紫污染污水进行净化；其中，所述方法包括如下步骤：
a)配制一定浓度的结晶紫溶液；
b)黑暗条件下向结晶紫溶液中加入光催化剂，其中光催化剂的用量为0.5～1.0g/L；
c)黑暗条件下超声30min，使催化剂均匀分散于结晶紫溶液；
d)将过氧化氢和所要处理的污水混合并不断搅拌使其混合均匀，其中每100mL污水中过氧化氢的加入量为0.5～3mL；
e)采用室外自然光照射，光催化降解反应时间为2小时；
f)抽滤分离，回收光催化剂。
2.如权利要求1所述的结晶紫污染污水的处理方法，其中，在步骤a)中，所述结晶紫的初始浓度为20～40mg/L。
3.如权利要求1所述的结晶紫污染污水的处理方法，其中，在步骤b)中，所述光催化剂为硅酸铋。
4.如权利要求1所述的结晶紫污染污水的处理方法，其中，在步骤d)中所述的过氧化氢为质量分数为30％的双氧水。
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