CN104860370A - 一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法。本发明使用常见的表面活性剂与少量硝酸银，经过简单混合与原位还原制备得到银纳米颗粒掺杂的水凝胶。凝胶与废水混合后染料被吸附并发生降解，离心将废水与凝胶分离，得到净化后的溶液同时可回收凝胶骨架和银纳米颗粒。将被回收物质重新制成凝胶又可用于对染料废水的处理。该方法操作简单，不引入其它物质，混合水凝胶独特的微观结构和纳米尺度的银颗粒使凝胶可以高效地吸附并降解染料，极大提高了对染料废水的净化效率。

Description

一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法

技术领域

本发明涉及一种染料废水的净化方法，具体涉及一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法。

背景技术

随着工业发展、城镇化提速以及人口数量的急剧增加，我国面临严重的水污染情况。其中，印染废水是处理难度较高的工业废水之一，它具有水量大、色度大、有机污染物难生化降解、水质变化大等特点，对其处理最突出的问题是色度和有害有机物的去除。

目前对染料废水的处理有物理法、化学法和生物法。这些方法各有特点和特定的适用条件。物理法通常使用吸附、絮凝、过滤、膜分离等技术，但常用吸附剂和絮凝剂费用高、不易回收，污泥量大且难以处理，会产生一定的二次污染。化学处理包括中和、电解、氧化等方法，有成本高、去除污染物不彻底等问题。生化法利用微生物降解废水中的有机物，虽然成本较低，环境污染少，但普通微生物难以去除PAV等新型化学浆料，并且对温度和pH等环境条件的苛刻要求使其适用范围较为较窄。因此操作简单、成本低廉、原料易回收、净化过程迅速对工业废水的处理非常重要。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法。本发明特别针对废水中的各种染料，采用常见的表面活性剂与少量硝酸银，经过简单操作制备得到负载有银纳米颗粒的凝胶。该凝胶与废水混合后染料被迅速吸附和降解，离心和过滤可将废水与凝胶分离，并回收表面活性剂和银纳米颗粒。该方法可高效地吸附并降解染料，操作简单，且不引入其它物质。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法，具体步骤如下：

1）取月桂酸钠加入不同浓度氯化钠溶液中，常温搅拌使其溶解，得到得到混合液中月桂酸钠为0.05mol/L，氯化钠为0.05-0.5 mol/L的溶液；

2）向上述月桂酸钠水溶液中加入硝酸银，使硝酸银浓度为0.01-0.05 mol/L，静置1小时，得到月桂酸钠凝胶；

3）向上述月桂酸钠凝胶中加入浓度为0.1mol/L的硼氢化钠溶液，使体系中硝酸银与硼氢化钠的摩尔比为1:1-1:1.5，静置1小时，待硼氢化钠溶液全部进入凝胶中，银离子被还原，反应完全后得到负载银纳米颗粒的月桂酸钠凝胶；

4）将上述凝胶加入不同的染料溶液中，充分混合，染料被吸附和降解，凝胶中的月桂酸钠与废水中的染料质量比为1:1-1.5。

所述步骤4）中染料降解完成后，还包括对凝胶和银纳米颗粒的回收操作，具体方法是：

A）对混合液进行离心和过滤，从中分离出脱水后的凝胶骨架和银纳米颗粒；

B）将被分离的凝胶分散于水中，高温下超声使其重新溶解，自然冷却静置后溶液重新胶凝。

染料废水净化完成的判断方法是：根据不同浓度染料在特定波长下吸光度的不同绘制标准曲线，测定吸附降解后溶液的吸光度，通过标准曲线计算染料残留量，从而判断染料是否除净。

所述步骤A）是指：对染料溶液处理完成后的混合液，通过离心和过滤操作，获取脱水后的月桂酸钠凝胶和银纳米颗粒。

所述步骤1）中，优选的，氯化钠钠的浓度为0.2 mol/L。

所述步骤2）中，优选的，硝酸银的浓度为0.02 mol/L。

所述步骤4）中，染料包括罗丹明B、亚甲基蓝、铬天青S、甲基橙。

本发明的工作原理：

本发明选用表面活性剂月桂酸钠作为凝胶剂，加入氯化钠和硝酸银通过自组装形成凝胶。银离子被固定在凝胶骨架上，引入还原剂后被原位还原，生成纳米尺度的银颗粒，形成纳米颗粒掺杂的混合水凝胶。

1）两亲分子月桂酸钠与染料分子之间有亲/疏水、氢键、静电等非共价作用；

2）凝胶具有纤维交联构成的三维网络状微观结构，巨大的表面积使其对染料分子产生高效的吸附作用；

3）由于表面活性剂的保护作用，银离子被还原为尺寸非常小的纳米颗粒；

4）经凝胶负载的银纳米颗粒催化，被吸附的染料降解为CO₂、H₂O等小分子；

5）吸附后的混合液离心过滤即可达到凝胶与水溶液分离的目的。

本发明的有益效果是，本发明通过向两亲分子月桂酸钠形成的凝胶中引入银离子并还原，构筑银纳米颗粒掺杂的水凝胶。凝胶与染料废水混合后，染料被快速吸附于凝胶的三维网络上，并进一步在银纳米颗粒的催化下降解。混合液经离心过滤后含有银颗粒的凝胶骨架可被完全分离出来。该过程十分迅速，且使染料基本降解完全。被回收的凝胶和银纳米颗粒经过简单处理又可回复废水净化前的状态，重新投入使用。本发明操作简单、造价低廉，对染料废水的净化效率高，且环境友好，原料易回收重复使用，可满足相关产业废水处理的要求。具体优势如下：

1）染料的吸附和降解协同作用，比单一过程具有更高效的净化效果，并可实现对染料的完全去除；

2）凝胶独特的微观结构和银纳米颗粒非常小的尺寸使吸附和降解得以迅速进行；

3）对染料废水的净化效率为已见报道的最大值；

4）吸附后的混合液离心过滤后即可实现凝胶与溶液的分离，凝胶可重复使用。

附图说明

图1是工艺流程图。

图2是凝胶的TEM照片。

图3是罗丹明B溶液的标准曲线。

图4是亚甲基蓝溶液的标准曲线。

图5是溶液中剩余罗丹明B的浓度随处理时间的变化曲线。

图6是溶液中剩余亚甲基蓝的浓度随处理时间的变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

实施例：

银纳米颗粒掺杂水凝胶的制备：

（1）取月桂酸钠粉末，加入到0.5mol/L的氯化钠溶液中，常温搅拌使其溶解，并稀释至一定体积，得到月桂酸钠为0.05 mol/L，氯化钠为0.2 mol/L的溶液。

（2）向月桂酸钠溶液中加入硝酸银，使硝酸银浓度为0.02 mol/L，搅拌溶解，静置1小时，得到凝胶。

（3）向凝胶中加入硼氢化钠溶液，使体系中硝酸银与硼氢化钠的摩尔比为1:1，静置1小时，待硼氢化钠溶液全部进入凝胶中，银离子被还原，反应完成后得到银纳米颗粒掺杂的月桂酸钠凝胶。凝胶的微观结构如图2所示。

对染料的吸附降解及凝胶再生：

（1）取罗丹明B、亚甲基蓝等染料的溶液，按凝胶中月桂酸钠与废水中染料质量比为1:1.5，将凝胶加入其中，震荡使溶液中的不同组分充分混合，静置30分钟。

（2）对染料溶液处理完成后的混合液以2000转/分速率离心并过滤，从溶液中分离出脱水后坍陷的凝胶和银纳米颗粒。

（3）根据不同浓度染料在特定波长下吸光度的不同绘制标准曲线，测定被吸附降解后溶液的吸光度，计算染料的残留量。罗丹明B、亚甲基蓝的标准曲线分别如图3、图4所示。溶液中染料的残留量随时间的变化如图5、图6所示。

（4）将被分离的凝胶分散于水中，高温超声下溶解形成均一溶液，自然冷却至室温后溶液重新胶凝，再生的凝胶可继续用于对废水中染料的吸附和降解。

实施例制得的混合水凝胶对染料罗丹明B、亚甲基蓝的吸附和降解过程在30分钟完成，吸附容量（以月桂酸钠固体计）分别为1.16 g/g和0.97 g/g。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种基于表面活性剂和银纳米颗粒的染料废水净化方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）取月桂酸钠加入不同浓度氯化钠溶液中，常温搅拌使其溶解，得到得到混合液中月桂酸钠为0.05mol/L，氯化钠为0.05-0.5 mol/L的溶液；

2）向上述月桂酸钠水溶液中加入硝酸银，使硝酸银浓度为0.01-0.05 mol/L，静置1小时，得到月桂酸钠凝胶；

3）向上述月桂酸钠凝胶中加入浓度为0.1mol/L的硼氢化钠溶液，使体系中硝酸银与硼氢化钠的摩尔比为1:1-1:1.5，静置1小时，待硼氢化钠溶液全部进入凝胶中，银离子被还原，反应完全后得到负载银纳米颗粒的月桂酸钠凝胶；

4）将上述凝胶加入不同的染料溶液中，充分混合，染料被吸附和降解，凝胶中的月桂酸钠与废水中的染料质量比为1:1-1.5。

2.根据权利要求1所述的净化方法，其特征在于，所述步骤4）中染料降解完成后，还包括对凝胶和银纳米颗粒的回收操作，具体方法是：

A）对混合液进行离心和过滤，从中分离出脱水后的凝胶和银纳米颗粒；

B）将被分离的凝胶分散于水中，高温下超声使其重新溶解，自然冷却静置后溶液重新胶凝。

3.根据权利要求2所述的回收方法，其特征在于，所述步骤A）是指：对染料溶液处理完成后的混合液，通过离心和过滤操作，获取脱水后的月桂酸钠凝胶骨架和银纳米颗粒。

4.根据权利要求1所述的净化方法，其特征在于，所述步骤1）中，优选的，氯化钠的浓度为0.2 mol/L。

5.根据权利要求1所述的净化方法，其特征在于，所述步骤2）中，优选的，硝酸银的浓度为0.02 mol/L。

6.根据权利要求1所述的净化方法，其特征在于，所述步骤4）中，染料包括罗丹明B、亚甲基蓝、铬天青S、甲基橙。