CN108928974A - 一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法,包括以下步骤:(1)在被染料染色的混合液中加入硫酸,使混合液pH值控制在3‑4;然后再向混合液中依次加入铁离子和亚硫酸根离子,使得混合液中铁离子和亚硫酸根离子的浓度均为0.1‑10g/L;(2)将步骤(1)所得产物置于辐射照度为18300μW/cm2的太阳光或者紫外光环境下持续照射2‑5min。该方法降解效率高,原料易得,反应速度快且反应条件温和。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法。
背景技术
染料被广泛应用于纺织,绘画,皮革,印刷,包装纸,食品,化妆品,摄影,涂料等行业,给人们带来了美好生活和极大便利,然而,由于这些染料化合物具有很深的颜色,也造成了严重的环境污染问题,尤其是对水资源的污染。据估计,大约有10-15%的染料在纺织印染厂的生产过程中当作污水排掉。这些污水有毒又多半不能生物降解,且对物理化学的处理方法有着顽强的抵抗力,特别是处理高浓度染料废水的难度会格外大。
光化学技术由于在环境污染控制,太阳能及生物制氢,染料敏化太阳能电池生产等众多重要领域具有广阔的应用前景而吸引人们极大的关注。到目前为止,硝酸盐,亚硫酸盐,H2O2+Fe2+/Fe3+等被广泛用来降解有机污染物。但是,在应用过程中依然有一些需要解决的问题,比如光量子效率低,选择性差,稳定性不理想等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法,该方法降解效率高,原料易得,反应速度快且反应条件温和。
为解决上述技术问题本发明提供了一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法,包括以下步骤:
(1)在被染料染色的混合液中加入硫酸,使混合液pH值控制在3-4;然后再向混合液中依次加入铁离子和亚硫酸根离子,使得混合液中铁离子和亚硫酸根离子的浓度均为0.1-10g/L;
(2)将步骤(1)所得产物置于辐射照度为18300μW/cm2的太阳光或者紫外光环境下持续照射2-5min。
作为优选的,所述的铁离子由硫酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、草酸铁铵提供,亚硫酸根离子由亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾提供。
作为优选的,所述的步骤(2)中反应温度为18-22℃。
为简单说明问题起见,以下对本发明所述的一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法均简称为本方法。
本方法降解染料的原理如下:
在太阳光或紫外光的照射下,Fe3+先水解生成Fe(OH)2+,其在光照下产生 Fe2+和·OH,反应过程如下所示:
Fe3++H2O→Fe(OH)2++H+
Fe(OH)2++hv→Fe2++·OH
同时,Fe(OH)2+与HSO3 -在光照时先生成·SO3 -,然后·SO3 -与O2迅速反应生成·SO5 -,·SO5 —再与HSO3 -反应生成HSO5 -,最后HSO5 -与Fe2+接着发生反应生成·SO4 -,反应过程如下所示:
Fe(OH)2++HSO3 -+hv→Fe2++·SO3 -+H2O
·SO3 -+O2→·SO5 -
·SO5 -+HSO3 —→·SO3 -+HSO5 -
Fe2++HSO5 -→Fe(OH)2++·SO4 -
·SO4 -+H2O→SO4 2─+·OH+H+
由此可以看出,Fe(OH)2+参与了反应过程,并且反应前后无变化,充当着催化剂的作用,也是·SO3 -和·SO4 -的引发剂。即Fe3+与SO3 2-同时引入光反应体系中,既有利于·SO4 -的产生,也促使·OH的生成,从而有效提高染料的降解速率。
需要说明的是,上述的·OH、·SO3 -、·SO4 -、·SO5 -均为反应产生的自由基中间体。
本方法的优点:本方法在太阳光或紫外光的照射利用铁离子和亚硫酸根离子就能快速降解染料废液,具有降解效率高,原料易得,反应速度快且反应条件温和的优点。
具体实施方式
实施例一:
(1)取被甲基橙染料染色的溶液,甲基橙的初始浓度为0.01g/L,中加入硫酸,使混合液pH值为4;然后再向混合液中依次加入硫酸铁和亚硫酸钠,使得混合液中铁离子浓度为0.5g/L,亚硫酸根离子的浓度为1g/L;
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌,将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源,中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm,中压汞灯功率为375W,特征波长为365nm,辐射照度为18300μW/cm2,照射时间为2min,并且控制反应液的反应温度为 20℃。
实施例二:
(1)取被亚甲基蓝染料染色的溶液,甲基橙的初始浓度为0.005g/L,中加入硫酸,使混合液pH值为4;然后再向混合液中依次加入硫酸铁和亚硫酸钠,使得混合液中铁离子浓度为0.5g/L,亚硫酸根离子的浓度为1g/L;
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌,将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源,中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm,中压汞灯功率为375W,特征波长为365nm,辐射照度为18300μW/cm2,照射时间为2min,并且控制反应液的反应温度为 20℃。
实施例三:
(1)取被刚果红染料染色的溶液,刚果红的初始浓度为0.015g/L,中加入硫酸,使混合液pH值为3;然后再向混合液中依次加入氯化铁和亚硫酸氢钠,使得混合液中铁离子浓度为0.1g/L,亚硫酸根离子的浓度为0.1g/L;
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌,将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源,中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm,中压汞灯功率为375W,特征波长为365nm,辐射照度为18300μW/cm2,照射时间为5min,并且控制反应液的反应温度为 18℃。
实施例四:
(1)取被橙黄Ⅳ染料染色的溶液,橙黄Ⅳ的初始浓度为0.01g/L,中加入硫酸,使混合液pH值为3.5;然后再向混合液中依次加入柠檬酸铁和亚硫酸钾,使得混合液中铁离子浓度为0.1g/L,亚硫酸根离子的浓度为10g/L;
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌,将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源,中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm,中压汞灯功率为375W,特征波长为365nm,辐射照度为18300μW/cm2,照射时间为3min,并且控制反应液的反应温度为 22℃。
实施例五:
(1)取被靛蓝染料染色的溶液,靛蓝的初始浓度为0.2g/L,中加入硫酸,使混合液pH值为4;然后再向混合液中依次加入草酸铁铵和亚硫酸氢钾,使得混合液中铁离子浓度为10g/L,亚硫酸根离子的浓度为0.1g/L;
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌,将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源,中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm,中压汞灯功率为375W,特征波长为365nm,辐射照度为18300μW/cm2,照射时间为4min,并且控制反应液的反应温度为 20℃。
实施例六:
(1)取被萘酚绿B染料染色的溶液,萘酚绿B的初始浓度为0.05g/L,中加入硫酸,使混合液pH值为3;然后再向混合液中依次加入硫酸铁和亚硫酸钾,使得混合液中铁离子浓度为5g/L,亚硫酸根离子的浓度为5g/L;
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌,将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源,中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm,中压汞灯功率为375W,特征波长为365nm,辐射照度为18300μW/cm2,照射时间为3min,并且控制反应液的反应温度为 20℃。
为进一步说明本方法的效果,现针对实施例一和实施例二的实验结果进行检验。
验证试验:
用分光光度计分别测出溶液在反应前吸光度(A0)和反应后的吸光度(A),从而可以算出染料的降解率η=(A0-A)/A0×100%。
对实施例一:将实施例一作为实验组,对照组一将实施例一中的亚硫酸钠去除,其余参数均保持不变;对照组二将实施例一中的硫酸铁去除,其余参数均保持不变;分别计算降解率;
实验结果表明,甲基橙在光照时间2min后,实验组的降解率η=51.5%,对照组一的降解率η1=5.9%,对照组二的降解率η2=17.6%,η>η1+η2。
对实施例二,将实施例一作为实验组,对照组一将实施例一中的亚硫酸钠去除,其余参数均保持不变;对照组二将实施例一中的硫酸铁去除,其余参数均保持不变;分别计算降解率;
实验结果表明,亚甲基蓝在光照时间2min后,实验组的降解率η′=63.1%,对照组一的降解率η1′=9.8%,对照组二的降解率η2′=10.3%,η′>η1′+η2′。
由此可见,在在太阳光或紫外光的照射下,铁离子与亚硫酸根离子在 pH=3~4时对燃料的降解具有协同作用。
需要说明的是,以上实施例仅作为本发明的进一步说明,并不是对本发明的限定,经大量实验表明,通过本方法,日落黄、橙黄G、甲基红、丽春红S、酸性红G、茜素红、胭脂红等也能被降解处理。
Claims (3)
1.一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在被染料染色的混合液中加入硫酸,使混合液pH值控制在3-4;然后再向混合液中依次加入铁离子和亚硫酸根离子,使得混合液中铁离子和亚硫酸根离子的浓度均为0.1-10g/L;
(2)将步骤(1)所得产物置于辐射照度为18300μW/cm2的太阳光或者紫外光环境下持续照射2-5min。
2.根据权利要求1所述的一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法,其特征在于:所述的铁离子由硫酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、草酸铁铵提供,亚硫酸根离子由亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钾提供。
3.根据权利要求1所述的一种利用光催化协同技术降解高浓度染料的方法,其特征在于:所述的步骤(2)中反应温度为18-22℃。
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CN114988553A (zh) * | 2022-05-26 | 2022-09-02 | 中国地质大学(北京) | 一种光催化含铁羧酸盐降解选矿捕收剂的方法 |
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KR20120051965A (ko) * | 2010-11-15 | 2012-05-23 | 한국과학기술연구원 | 광촉매 산화반응을 이용한 고농도염 함유 반응성아조염료 폐수의 색도 제거방법 및 장치 |
CN103058321A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-04-24 | 武汉大学 | 一种强化降解有机物的光化学方法 |
CN106242178A (zh) * | 2016-08-28 | 2016-12-21 | 张伟 | 一种布料印染工业污水处理工艺 |
-
2018
- 2018-07-25 CN CN201810826920.7A patent/CN108928974A/zh active Pending
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