CN103880149A

CN103880149A - 铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法

Info

Publication number: CN103880149A
Application number: CN201410106395.3A
Authority: CN
Inventors: 李翔; 甘卓然; 潘登
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-06-25

Abstract

本发明提供一种铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其特征在于，包括：向染料污水中投加铁基非晶合金薄带切片和双氧水，然后混合搅拌。其中，染料污水与铁基非晶合金薄带的质量比为100∶1；双氧水中H₂O₂的质量分数为20%～30%；H₂O₂在染料污水混合物中的摩尔浓度为10～20mmol·L^-1。根据本发明提供的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，利用铁基非晶合金的还原作用将染料初步降解成Fe²⁺，加速OH·自由基的生成，OH·自由基进一步将染料大分子氧化降解成小分子，并最终将其矿化成CO₂和H₂O，降解速率高，反应彻底。

Description

铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法。

背景技术

染料被广泛应用于印刷、纺织、制革等现代工业中，其生产加工过程产生的污水成分复杂、分子量大、色度高，具有难以被生物降解的特性，甚至致癌。常见的物理吸附法并不能最终降解染料污水，而是把染料分子从水中转移至吸附材料表面。染料污水是目前难处理的工业污水之一。

高级氧化技术（AdvancedOxidationProcesses，AOPs）对污水中难降解有机物质有较高的去除效率。高级氧化法包括臭氧氧化法，光催化氧化法，芬顿类芬顿法等。其中，芬顿法利用双氧水在酸性条件下被Fe2+催化产生氧化性极强的OH·自由基，直接将大多数难以生化处理的有机污染物降解成小分子，甚至完全矿化，方便高效，受到人们的广泛关注。类芬顿法直接利用零价铁（如废铁屑）与双氧水组成氧化体系（零价铁提供Fe2+），实现了材料的二次利用。类芬顿法与传统芬顿法相比，双氧水的用量更少，可应用的pH范围更广。但是，利用废铁屑作为铁源存在反应速率低，去色率低的问题。

非晶合金材料的原子结构，即短程有序，长程无序，赋予了它独特的性能。如耐腐蚀、软磁性能好、催化性能优异等。铁基非晶合金作为一种功能材料用于污水处理是近年的研究新方向，BaoLin等（MaterialsScienceEngineeringB,2012,177,92-95）研究表明铁基非晶合金薄带可以直接通过还原作用降解有机污水。JunqiangWang等（Adv.Funct.Mater.,2012,22(12),2567）发现非晶铁粉对偶氮染料还原降解效率比一般零价铁粉快200倍。但是，污染物去除率不高或所处理的污染物成分单一，是目前非晶合金材料降解污水的局限。

因此，提供一种污染物去除率高、降解速率快的降解染料污水的方法具有重要意义。

发明内容

本发明是针对染料污水的深度处理而进行的，目的在于提供一种反应速率快、污染物去除率高的降解主要污染物是噻嗪类染料亚甲基蓝的染料污水的方法。

本发明为解决上述问题，采用了以下的技术方案：

本发明涉及一种铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其特征在于，包括：向染料污水中投加铁基非晶合金薄带切片和双氧水，然后混合搅拌。其中，染料污水与铁基非晶合金的质量比为(85～100)：1；双氧水中H2O2的质量分数为20%～30%；投加双氧水后，H₂O₂在染料污水混合物中的摩尔浓度为10～20mmol·L^-1。

另外，铁基非晶合金薄带的化学成分分子式为Fe_aMo_bSi_cB_d，其中，a+b+c+d=100%，a/(a+b+c+d)=75%～78%，b/(a+b+c+d)=0～3%，c/(a+b+c+d)=4%～9%，d/(a+b+c+d)=9%～13%。

另外，铁基非晶合金薄带由快淬法制备，其厚度为40～50μm，宽度为3～5mm，长度为5～20mm。

另外，混合搅拌方法为磁力搅拌，搅拌速率为180～240rpm。

另外，反应温度为25℃。

另外，反应时间为20～100分钟。

发明的作用与效果

本发明涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其原理是利用铁基非晶合金的还原作用将染料亚甲基蓝初步降解成Fe²⁺，加速OH·自由基的生成，OH·自由基进一步将亚甲基蓝大分子氧化降解成小分子，并最终将其矿化成CO₂和H₂O。采用该方法降解染料污水，反应彻底，降解速率高。

附图说明

图1是实施例1与对比实施例1中染料污水的降解速率对比图；

图2是实施例2与对比实施例2中染料污水的降解速率对比图；

图3是实施例3与实施例4中染料污水的降解速率对比图。

具体实施方式

<实施例一>

在25℃下，向初始浓度为10mg·L^-1的100g亚甲基蓝染料溶液中投加1g铁基非晶合金薄带切片和H₂O₂的质量分数为30%的双氧水，然后进行磁力搅拌80分钟，搅拌速率为200rpm。亚甲基蓝染料溶液与铁基非晶合金薄带切片的质量比为100：1；投加双氧水后H₂O₂在染料溶液混合物中的摩尔浓度为10mmol·L^-1。染料溶液中染料去除率随时间的变化如图1中圆形数据点所示。

本实施例所使用的铁基非晶合金薄带切片的化学成分分子式为Fe₇₈Si₉B₁₃，切片宽度为4mm，厚度为40μm，长度为10mm。

<对比实施例一>

在25℃下，向初始浓度为10mg·L^-1的100g亚甲基蓝染料溶液中投加1g铁基非晶合金薄带切片。亚甲基蓝染料溶液与铁基非晶合金薄带切片的质量比为100：1。染料溶液中染料去除率随时间的变化如图1中方形数据点所示。

本实施例所使用的铁基非晶合金薄带切片与实施例一相同。

如图1所示，将实施例一与对比实施例一中染料去除速率相比较，可见，在实施例一中，采用铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水，反应20分钟后染料去除率达到70%；而在对比实施例一中，只采用铁基非晶合金降解染料污水，达到70%的染料去除率需要的反应时间为100分钟。可见，铁基非晶合金具有一定的降解染料污水的作用，但铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的效率更高。

<实施例二>

在25℃下，向初始浓度为10mg·L^-1的100g亚甲基蓝染料溶液中投加1g铁基非晶合金薄带切片和质量分数为30%的双氧水，然后进行磁力搅拌30分钟，搅拌速率为200rpm。染料溶液与铁基非晶合金薄带切片的质量比为100：1；投加双氧水后H₂O₂在染料溶液混合物中的摩尔浓度为10mmol·L^-1。染料溶液中染料去除率随时间的变化如图2中三角形数据点所示。

本实施例所使用的铁基非晶合金薄带切片的化学成分分子式为Fe₇₆Mo₂Si₉B₁₃，切片宽度为4mm，厚度为40μm，长度为10mm。

<对比实施例二>

在25℃下，向初始浓度为10mg·L^-1的100g亚甲基蓝染料溶液中投加1g粉末粒径为1～2mm的零价铁粉和质量分数为30%的双氧水，然后进行磁力搅拌30分钟，搅拌速率为200rpm。染料溶液与零价铁粉的质量比为100：1；投加双氧水后H₂O₂在染料溶液混合物中的摩尔浓度为10mmol·L^-1。染料溶液中染料去除率随时间的变化如图2中方形数据点所示。

如图2所示，将实施例二与对比实施例二中染料去除速率相比较，可见，在实施例二中，采用铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水，反应30分钟后染料去除率达到95%；而在对比实施例二中，采用零价铁粉/双氧水类芬顿系统降解染料污水，反应30分钟后染料去除率只有7%。可见，铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的速率显著高于零价铁粉/双氧水类芬顿系统。

<实施例三>

在25℃下，向初始浓度为10mg·L^-1的100g亚甲基蓝染料溶液中投加1g铁基非晶合金薄带切片和质量分数为30%的双氧水，然后进行磁力搅拌50分钟，搅拌速率为200rpm。染料溶液与铁基非晶合金薄带切片的质量比为100：1；投加双氧水后H₂O₂在染料溶液混合物中的摩尔浓度为10mmol·L^-1。染料溶液中染料去除率随时间的变化如图3中三角形数据点所示。

本实施例所使用的铁基非晶合金薄带切片的化学成分分子式为Fe₇₅Mo₃Si₉B₁₃，切片宽度为4mm，厚度为40μm，长度为10mm。

如图3所示，反应50分钟后染料去除率达到80%。

<实施例四>

在25℃下，向初始浓度为10mg·L^-1的100g亚甲基蓝染料溶液中投加1g铁基非晶合金薄带切片和质量分数为30%的双氧水，然后进行磁力搅拌50分钟，搅拌速率为200rpm。染料溶液与铁基非晶合金薄带切片的质量比为100：1；投加双氧水后H₂O₂在染料溶液混合物中的摩尔浓度为20mmol·L^-1。染料溶液中染料去除率随时间的变化如图3中上六边形数据点所示。

本实施例所使用的铁基非晶合金薄带切片与实施例三相同。

如图3所示，将实施例三与实施例四中染料去除速率相比较，可见，当染料溶液混合物中H₂O₂的摩尔浓度为10mmol·L^-1时，反应50分钟后染料去除率达到80%；当染料溶液混合物中H₂O₂的摩尔浓度达到20mmol·L^-1时，反应30分钟后染料去除率已达到93%。由此可见，在H₂O₂摩尔浓度为10～20mmol·L^-1的范围内，增加H₂O₂的浓度，可以使铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的能力增强。

实施例的作用与效果

根据本实施例的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统，由于铁基非晶合金具有一定的还原作用，能初步降解染料亚甲基蓝生成Fe²⁺，Fe²⁺催化加速OH·自由基的生成，OH·自由基进一步将染料亚甲基蓝大分子降解成小分子，并最终使其矿化成CO₂和H₂O。与单一使用铁基非晶合金降解染料污水和零价铁粉/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法相比，该铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解污水更彻底，降解速率更高。

当然，本发明涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法并不仅仅限定于上述实施例一～四中所述的内容。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

在本发明所涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法中，染料污水与投加的铁基非晶合金薄带的质量比可以是(85～100)：1范围内的任意值。

在本发明所涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法中，铁基非晶合金薄带的化学成分分子式为Fe_aMo_bSi_cB_d，a+b+c+d=100%，a/(a+b+c+d)=74%～78%，b/(a+b+c+d)=0～4%，c/(a+b+c+d)=4%～9%，d/(a+b+c+d)=9%～13%，铁基非晶合金薄带的化学成分可以选择满足上述条件的任意配比。

在本发明所涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法中，双氧水中H₂O₂的质量分数可以是20%～30%范围内的任意值。

在本发明所涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法中，投加双氧水后，H₂O₂在染料污水混合物中的摩尔浓度可以是10～20mmol·L^-1范围内的任意值。

在本发明所涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法中，铁基非晶合金薄带的尺寸可以是厚40～50μm，宽3～5mm，长5～20mm范围内的任意值。

在本发明所涉及的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法中，搅拌速率是180～240rpm范围内的任意值。

Claims

1.一种铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，用于对主要污染物是噻嗪类染料亚甲基蓝的染料污水进行处理，其特征在于，包括：

向所述染料污水中投加铁基非晶合金薄带切片和双氧水，然后混合搅拌，

其中，所述染料污水与所述铁基非晶合金薄带的质量比为(85～100)：1，

所述双氧水中H₂O₂的质量分数为20%～30%，

投加所述双氧水后，H₂O₂在所述染料污水混合物中的摩尔浓度为10～20mmol·L^-1。

2.根据权利要求1所述的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其特征在于：

其中，所述铁基非晶合金薄带的化学成分分子式为Fe_aMo_bSi_cB_d，a+b+c+d=100%，a/(a+b+c+d)=75%～78%，b/(a+b+c+d)=0～3%，c/(a+b+c+d)=4%～9%，d/(a+b+c+d)=9%～13%。

3.根据权利要求1所述的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其特征在于：

其中，所述铁基非晶合金薄带由快淬法制备，所述铁基非晶合金薄带的厚度为40～50μm，宽度为3～5mm，长度为5～20mm。

4.根据权利要求1所述的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其特征在于：

其中，所述混合搅拌为磁力搅拌，搅拌速率为180～240rpm。

5.根据权利要求1所述的铁基非晶合金/双氧水类芬顿系统降解染料污水的方法，其特征在于：

其中，所述混合搅拌的时间为20～100分钟。