CN108862543B

CN108862543B - 一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法

Info

Publication number: CN108862543B
Application number: CN201811101966.9A
Authority: CN
Inventors: 张环; 魏俊富; 李爽爽; 秦文欣; 辛卓含; 丁琪; 白蓉
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2021-06-22
Anticipated expiration: 2038-09-20
Also published as: CN108862543A

Abstract

本发明提供了一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，包括如下步骤：(1)将多巴胺溶于缓冲溶液中，配制成多巴胺溶液；(2)将未处理的非织造布置于多巴胺溶液中进行震荡反应，制备成聚多巴胺复合非织造布；(3)将聚多巴胺复合非织造布、含铁盐或者亚铁盐、过硫酸盐溶液混合，投入到染料废水中，使染料降解，得到净化水。本发明所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，利用聚多巴胺复合非织造布中聚多巴胺对材料表面的超强黏附行为，络合Fe²⁺，控制Fe²⁺的浓度，减少过硫酸盐的消耗，同时实现去除速率快、不引入二次污染等效果。

Description

一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法

技术领域

本发明属于水污染治理技术领域，尤其是涉及一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法。

背景技术

染料废水色度高、COD浓度高、污染物化学性质稳定，是高浓度、难降解的有机废水。目前，常见的染料废水的处理方式包括物化处理技术、生物处理技术和高级氧化处理技术。传统物化技术处理效率低，适用范围小，容易造成二次污染；生物处理技术虽然比较成熟且成本较低，但治理周期太长且微生物的活性受染料废水浓度和酸碱度的影响大。基于以上处理染料废水的缺陷，高级氧化技术逐渐成为研究热点。

过硫酸盐作为一种氧化剂，在光、超声、微波、过渡金属、碱等作用下能产生硫酸自由基，使难降解的目标污染物部分或完全矿化。这是一种新型的高级氧化法，相对于传统的高级氧化法而言，过硫酸盐具有更稳定、产生的自由基半衰期更长、选择性更好的优点。

亚铁离子是一种过渡金属离子，具有价格低廉、环境友好、自然富足的优点，通常会用作活化剂。在二价铁离子(Fe²⁺)活化过硫酸盐体系的高级氧化技术中，大量的研究表明，初始Fe²⁺浓度较高时，虽然能够迅速活化过硫酸盐释放自由基，但是在自由基氧化降解污染物的同时，过量的Fe²⁺也会与自由基迅速发生反应从而淬灭了自由基，降低了自由基的氧化污染物的效率。最终导致在反应过程中过硫酸钠消耗大，从而减少污染物的降解。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，利用聚多巴胺复合非织造布中聚多巴胺对材料表面的超强黏附行为，络合Fe² ⁺，控制Fe²⁺的浓度，减少过硫酸盐的消耗，同时实现去除速率快、不引入二次污染等效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，包括如下步骤：

(1)将多巴胺溶于缓冲溶液中，配制成多巴胺溶液；

(2)将未处理的非织造布置于多巴胺溶液中进行震荡反应，制备成聚多巴胺复合非织造布；

(3)将聚多巴胺复合非织造布、含铁盐或者亚铁盐、过硫酸盐溶液混合，投入到染料废水中，使染料降解，得到净化水。

优选的，所述步骤(3)中，染料废水中为偶氮染料；优选的，其染料包括酸性红B；优选的，酸红性B的浓度为0.5-0.9mmol/L。

优选的，所述过硫酸盐采用过硫酸钠、过硫酸钾或者过硫酸铵中的一种或多种；优选的，其过硫酸盐的投加量为1.2-2.4mmol/L。

优选的，所述铁盐或者亚铁盐采用七水合硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化铁、硫酸铁中的一种或多种；优选的，其铁盐或者亚铁盐的投加量为0.25-1.5mmol/L。

优选的，所述聚多巴胺复合非织造布中聚多巴胺的负载量为3-5.5％；优选的，聚多巴胺的负载量为4％。

优选的，所述步骤(3)中，聚多巴胺复合非织造布的投加量为0.02-0.2g/L。

优选的，所述步骤(3)中，降解染料废水的条件为：温度为25℃，在pH为3-9，搅拌60-180min。

优选的，未处理的非织造布包括聚丙烯纺粘法非织造布、聚乙烯纺粘法非织造布、聚酯纺粘法非织造布、聚丙烯喷熔法非织造布、聚乙烯喷熔法非织造布和聚酯喷熔法非织造布中的任意一种或多种。

优选的，所述步骤(1)中缓冲溶液为三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐缓冲液，其中溶液的浓度为0.005-0.5mol/L，pH为7-9。

相对于现有技术，本发明所述的聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法具有以下优势：

(1)选择Fe²⁺/过硫酸盐体系来进行染料废水的降解，其中过硫酸盐和铁盐或者亚铁盐相对廉价易得，在实际废水处理中具有实用性和可操作性；

(2)聚多巴胺复合非织造布强化Fe²⁺/过硫酸盐体系。由于非织造布负载聚多巴胺表面含有醌基，醌基可以促进Fe³⁺/Fe²⁺转化，Fe³⁺被半醌自由基快速还原为Fe²⁺，使Fe²⁺继续参与活化过硫酸盐反应，从而提高活化效率；

(3)聚多巴胺复合非织造布表面的邻苯二酚基团可以络合Fe²⁺，减缓过多的Fe²⁺淬灭自由基，同时减少过硫酸盐的消耗量。

附图说明

图1为相同除湿过硫酸钠浓度下，不同体系对酸性红B的降解曲线图；

图2为相同初始过硫酸钠浓度下，不同体系对过硫酸钠浓度的影响曲线图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

聚丙烯纺粘法非织造布--PP

聚多巴胺复合非织造布(聚多巴胺复合聚丙烯纺粘法非织造布)--PDA@PP

酸性红B--ARB

过硫酸钠--PS

(1)聚多巴胺复合非织造布(PDA@PP)的制备方法包括如下步骤：

1)配制0.01mol/L的三(羟甲基)氨基甲烷盐酸盐溶液(Tris溶液)，用NaOH调节溶液pH为8.5，配制为缓冲溶液；将多巴胺溶于配制好的缓冲溶液中，调节成浓度为2g/L的聚多巴胺溶液。

2)称量一定质量的未处理的非织造布，将非织造布置于2g/L的多巴胺溶液中，室温下震荡24h，反应复合制备成聚多巴胺复合非织造布。

3)用蒸馏水反复清洗，去除聚多巴胺复合非织造布表面未复合的聚多巴胺，然后置于60℃烘箱中进行干燥处理至恒重，得到聚多巴胺复合非织造布(PDA@PP)样品。

(2)染料废水的调节

在100ml磨口锥形瓶中，加入100ml的酸性红B溶液，并用0.1mol/LNaOH和HCl溶液调节pH值为7.0。

(3)对染料废水中的染料进行降解

在25℃，磁力搅拌器下，搅拌反应90min。

降解评价：

(1)ARB降解结果：在特定时间点取样，将样品与等体积的淬灭剂乙醇溶液混合，终止反应。测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示。

(2)PS消耗量结果：同时在上述取样点用KI显色法测PS浓度，将0.2gNaHCO₃和2gKI加入到50ml的比色管，溶解稀释到25ml。在预设的时间点，取0.2ml待测溶液加入到上述比色管中，摇匀并静置显色15min，用蒸馏水定容到50ml，并迅速测定混合溶液吸光度。对PS消耗量结果如图2所示。

对照例1

加入2.5ml、80mmol/LPS，0.7mmol/L酸性红B，测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示PS/ARB曲线，对PS消耗量结果如图2所示PS/ARB曲线。

对照例2

加入2.5ml、80mmol/LPS、0.05g PDA@PP和0.7mmol/L酸性红B，测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示PDA@PP/PS/ARB曲线；对PS消耗量结果如图2所示PDA@PP/PS/ARB曲线。

对照例3

加入2.5ml、80mmol/LPS；0.028gFeSO₄·7H₂O和0.7mmol/L酸性红B，测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示Fe²⁺/PS/ARB曲线；对PS消耗量结果如图2所示Fe²⁺/PS/ARB曲线。

对照例4

加入2.5ml、80mmol/LPS；1ml、100mM的FeCl₃溶液和0.7mmol/L酸性红B，测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示Fe³⁺/PS/ARB曲线；对PS消耗量结果如图2所示Fe³⁺/PS/ARB曲线。

实施例1

加入2.5ml、80mmol/LPS；1ml、100mM的FeCl₃溶液；负载量为4％的0.05g PDA@PP和0.7mmol/L酸性红B，测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示PDA@PP/Fe³⁺/PS/ARB曲线；对PS消耗量结果如图2所示PDA@PP/Fe³⁺/PS/ARB曲线。

实施例2

加入2.5ml、80mmol/LPS；0.028gFeSO₄·7H₂O；负载量为4％的0.05g PDA@PP和0.7mmol/L酸性红B，测定溶液对应的ARB吸光度，对ARB降解结果如图1所示PDA@PP/Fe²⁺/PS/ARB曲线；对PS消耗量结果如图2所示PDA@PP/Fe²⁺/PS/ARB曲线。

如图1所示，在单独的PS和PDA@PP/PS体系中，对ARB的降解效果变化不大，几乎没有；Fe³⁺/PS和PDA@PP/Fe³⁺/PS体系对ARB的降解率分别为45.6％和50.5％；Fe²⁺/PS和PDA@PP/Fe²⁺/PS体系对ARB的降解率为80.9％和85.7％，表明PDA@PP的加入促进Fe³⁺/PS或者Fe² ⁺/PS对染料ARB的氧化降解。在Fe³⁺/PS体系中加入PDA@PP后，ARB的降解率有所提高，进一步说明加入PDA@PP提高了催化活性。

如图2所示，在单独的PS和PDA@PP/PS体系中，对PS的消耗量分别为7％和1％；Fe²⁺/PS和PDA@PP/Fe²⁺/PS体系对PS的消耗量为95％和89％；Fe³⁺/PS和PDA@PP/Fe³⁺/PS体系对PS消耗量为89％和80％，表明加入PDA@PP减少了过硫酸钠的消耗。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明范围之内。

Claims

1.一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将多巴胺溶于缓冲溶液中，配制成多巴胺溶液；

（2）将未处理的非织造布置于多巴胺溶液中进行震荡反应，制备成聚多巴胺复合非织造布；

（3）将聚多巴胺复合非织造布、含铁盐或者亚铁盐、过硫酸盐溶液混合，投入到染料废水中，使染料降解，得到净化水，所述铁盐或者亚铁盐采用七水合硫酸亚铁、氯化亚铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁铵、氯化铁、硫酸铁中的一种或多种；所述过硫酸盐采用过硫酸钠、过硫酸钾或者过硫酸铵中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：过硫酸盐的投加量为1.2-2.4mmol/L。

3.根据权利要求2所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：染料废水中为偶氮染料。

4.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：染料包括酸性红B，酸性红B的浓度为0.5-0.9mmol/L。

5.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：其铁盐或者亚铁盐的投加量为0.25-1.5mmol/L。

6.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：所述聚多巴胺复合非织造布中聚多巴胺的负载量为3%-5.5%。

7.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，聚多巴胺复合非织造布的投加量为0.02-0.2g/L。

8.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，降解染料废水的条件为：温度为25℃，在pH为3-9，搅拌60-180min。

9.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：未处理的非织造布包括聚丙烯纺粘法非织造布、聚乙烯纺粘法非织造布、聚酯纺粘法非织造布、聚丙烯喷熔法非织造布、聚乙烯喷熔法非织造布和聚酯喷熔法非织造布中的任意一种或多种。

10.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺复合非织造布强化铁活化过硫酸盐降解染料的方法，其特征在于：所述步骤（1）中缓冲溶液为三（羟甲基）氨基甲烷盐酸盐缓冲液，其中溶液的浓度为0.005-0.5mol/L，pH为7-9。