CN103318998A - 一种含五氯酚类废水的新型处理方法 - Google Patents

一种含五氯酚类废水的新型处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于废水处理环保工程领域，公开了一种含五氯酚类废水的新型处理方法。该方法具体包含以下步骤：在超声波辐射条件下，将海绵铁、过氧化氢和罗丹明B加入含五氯酚类废水溶液中，可见光辐射进行反应；磁性分离回收海绵铁循环利用。该反应充分利用罗丹明B作为光敏化剂，捕捉可见光辐射形成激发态，并引发新型降解反应。利用该方法处理后废水中的五氯酚类降解率达94%以上。

Description

一种含五氯酚类废水的新型处理方法
技术领域
本发明属于废水处理环保工程领域，特别涉及一种含五氯酚类废水的新型处理方法。
背景技术
五氯酚（PCP）是最具毒性和最难降解的氯酚类化合物之一，化学性质较稳定，并具有致癌、致畸和致突变等效应，因而被列为优控污染物之一。目前，五氯酚环境污染修复技术主要包含生物法、物理法、化学法（含光化学法）等等。由于PCP具有较大的生物毒性，传统生物法难以有效去除高浓度PCP污染物。活性炭等吸附过程实现了PCP在不同介质中的迁移，但未对PCP污染进行有效降解消除。化学法中，光化学、电化学氧化、超声氧化、Fenton和类Fenton法，通常可以形成各种活性氧自由基，具有较强的氧化能力，能够非选择性氧化PCP污染物。例如：专利CN102120665B采用硅酸铋光催化方法净化水中五氯酚。光助芬顿反应采用光照条件下增强H2O2和Fe2+产生大量的活性氧物种。目前国内专利检索没有检索到光助类芬顿法处理PCP废水的研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含五氯酚类废水的新型处理方法。该方法在可见光辐射条件下，罗丹明B作为光敏化剂，微米级海绵铁作为铁离子源，引发可见光增强类芬顿反应协同处理PCP。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种含五氯酚类废水的新型处理方法，具体包含以下步骤：
在超声波辐射条件下，将海绵铁、过氧化氢（H2O2）和罗丹明B（RhB）加入含五氯酚类废水溶液中，可见光辐射进行反应；磁性分离回收海绵铁循环利用。
所用RhB与废水中五氯酚的摩尔比为（0.55～5.5）:1。
所述的海绵铁指粒径为1～8mm的海绵铁（s-Fe0）。
所述海绵铁含有铝（Al）、硅（Si）和氧（O）等微量元素。
所述海绵铁中铁元素含量为89.32～91.24%。
所述海绵铁的投加量为1～8g/L废水溶液。
所用H2O2和PCP的质量比为（1.2～24）:1。
所述的超声指功率为200W、频率为40KHz。
所述的可见光指波长大于400nm的单波长或者多波长可见光。
所述反应指在温度为20～30℃下反应1～4h。
所述循环利用指用磁铁将废水溶液中的海绵铁颗粒经过磁性分离，并用2%（v/v）的稀盐酸在功率为200W下超声1min活化后，即可循环利用。
上述方法在处理含五氯酚类废水中的应用。
上述方法利用RhB和PCP相互促进降解，因此，该方法也适用于处理含罗丹明B废水。
本发明的机理为：
RhB和s-Fe0以较慢速度发生还原脱色反应，并生成Fe2+离子（见公式（1））；进一步形成Fe2+与Fe3+耦合反应（见公式（2）～（3））。可见光辐射条件下，RhB激发形成激发态RhB*（见公式（4）），释放电子后（见公式（5））能促进Fe2+与Fe3+的转化反应（见公式（2）～（3）），显著增强类Fenton反应，非选择性降解PCP和RhB（见公式（6））。
RhB+s-Fe0→Fe2++R'    (1)
Fe2++H2O2→2·OH+Fe3+    (2)
Fe3++H2O2→Fe2++·OOH+H+  (3)
RhB+hv→RhB*    (4)
RhB*-e→RhB+    (5)
RhB+·OH→R'    (6)
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
（1）作为光敏化剂，RhB可以利用可见光辐射形成激发态，增强Fe3+转化为Fe2+，促进光芬顿反应效率，显著提升PCP的降解效率；而且，能有效消除RhB污染物。
（2）本发明工艺简便、设备要求低、效率高。本发明以海绵铁为主要原料，来源广泛，廉价易得；处理后的废水中，PCP的去除率显著提升，达94%，RhB脱色率达90%以上。可广泛用于处理建材、纺织、医药卫生和化工等领域产生的废水，适合工业化应用，具有很好的社会效益和经济效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1～3中，海绵铁颗粒购自北京开碧园贸易有限责任公司，PCP和RhB浓度利用高效液相色谱（HPLC，Shimadzu，20A，Japan）检测，具体如下：
HPLC法测定RhB：流动相为甲醇：醋酸铵溶液（10mM）=78:22（v/v），流速为1mL/min；紫外检测器，检测波长分别为586nm和420nm，反相色谱柱（Zorbax Extend-C18反相柱，150mm×4.6mm I.D.,5μm）。
HPLC法测定溶液中PCP：流动相为：乙腈：水（含1%（v/v）的乙酸）=60：40（v/v），流速为1mL/min；紫外检测器：检测波长为312nm；反相色谱柱（Zorbax Extend-C18反相柱，150mm×4.6mm I.D.,5μm）。
实施例1：
在超声波辐射条件下（超声功率为200W、频率为40kHz），将0.4g s-Fe0颗粒（粒径：3～5mm）、10μL H2O2溶液（30wt%水溶液）和RhB溶液投加到PCP溶液中（最终PCP浓度为10ppm，体积为50mL，溶液温度为30℃；此时RhB的浓度也为10ppm），在可见光辐射条件下（北京泊菲莱氙灯光源PLS-SXE300，滤光片截止波长为λ>420nm）反应，不投加RhB溶液反应体系作为反应对照体系，取样离心并用HPLC监测溶液中RhB和PCP浓度。磁性分离海绵铁，并用2%（v/v）的稀盐酸超声（200W，1min）活化后，循环利用。
实验结果表明：在不投加RhB的情况下，反应60min后废水溶液中PCP的降解率为12.63%。投加了RhB的情况下，反应60min后废水溶液中PCP的降解率为28.5%，RhB的去除率为43.61%。反应时间延长20min，PCP和RhB的降解率并没有增加。当反应时间为80min，再向上述反应体系中滴加10μL H2O2溶液。反应时间为160min，废水溶液中PCP的降解率为69.18%，RhB的去除率为87.98%。此时再向溶液中投加RhB（粉末），反应至220min后，PCP的降解率为94.46%。因此，在可见光增强光芬顿反应体系中，添加RhB废水溶液（或者粉末），既能显著提升PCP的降解率，也能降解RhB废水。
实施例2：
在超声波辐射条件下（超声功率为200W、频率为40kHz），将0.4g s-Fe0颗粒（粒径：3～5mm）、10μL H2O2溶液（30wt%水溶液）投加到PCP溶液中（50mL、10ppm，溶液温度为30℃），再分别投入RhB和结晶紫（CV）到PCP溶液中（RhB和CV的最终浓度均为10ppm），在可见光辐射条件下（北京泊菲莱氙灯光源PLS-SXE300，滤光片截止波长为λ>420nm）进行反应。反应结束后，取样离心并用HPLC分析溶液中残留的PCP、RhB和CV的浓度，磁性分离海绵铁，并用2%（v/v）的稀盐酸超声（200W，1min）活化后，循环利用。
实验结果表明：在投加CV染料的体系中，反应60min后废水溶液中PCP的降解率为20.76%，CV的去除率为92.2%；延长反应时间至160min后，PCP的降解率为27.21%，CV的降解率为99.58%；而投加RhB染料的体系，反应160min后PCP的降解率为55%，RhB的降解率为99.59%。由此可见，投加RhB比CV能更明显提高PCP的降解率，且RhB几乎完全降解。
实施例3：
在超声波辐射条件下（超声功率为200W、频率为40kHz），将10μL H2O2溶液（30wt%水溶液）和RhB溶液投加到PCP溶液中（最终PCP浓度为10ppm，体积为50mL，溶液温度为30℃；Rh B浓度为10ppm），分别加入海绵铁（0.4g）和亚铁盐（Fe2+最终浓度为2.3ppm），在可见光辐射条件下（北京泊菲莱氙灯光源PLS-SXE300，滤光片截止波长为λ>420nm）反应，取样离心并用HPLC监测溶液中RhB和PCP浓度。磁性分离海绵铁，并用2%（v/v）的稀盐酸超声（200W，1min）活化后，循环利用。
实验结果表明：投加亚铁离子的反应体系，反应10min后，PCP和RhB降解率为51.03%和54.09%；此后，反应又进行70min，PCP和RhB浓度基本没有变化。而加入海绵铁的反应体系，反应10min后，PCP和RhB降解率为13.33%和24.76%；再延长70min反应时间，PCP和RhB降解率分别为28.5%和43.61%。这说明海绵铁体系中，其降解过程明显不同于均相Fe2+体系，且具有反应后海绵铁易回收等优点。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于具体包含以下步骤：在超声波辐射条件下，将海绵铁、过氧化氢和罗丹明B加入含五氯酚类废水溶液中，可见光辐射进行反应；磁性分离回收海绵铁循环利用。
2.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所用罗丹明B与废水中五氯酚的摩尔比为（0.55～5.5）:1。
3.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所述的海绵铁指粒径为1～8mm的海绵铁；所述海绵铁含有铝、硅和氧等微量元素；所述海绵铁中铁元素含量为89.32～91.24%。
4.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所述海绵铁的投加量为1～8g/L废水溶液。
5.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所用H2O2和PCP的质量比为（1.2～24）:1。
6.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所述的超声指功率为200W、频率为40KHz。
7.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所述的可见光指波长大于400nm的单波长或者多波长可见光。
8.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所述反应指在温度为20～30℃下反应1～4h。
9.根据权利要求1所述的含五氯酚类废水的新型处理方法，其特征在于：所述循环利用指用磁铁将废水溶液中的海绵铁颗粒经过磁性分离，并用体积分数为2%的稀盐酸在功率为200W下超声1min活化后，即可循环利用。
10.根据权利要求1～9所述含五氯酚类废水的新型处理方法在处理含五氯酚类废水中的应用。
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