CN109607703A - 利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，通过辉光放电电解等离子体对含有有机染料和支持电解质的模拟有机染料废水进行降解，边搅拌边降解，并对降解后的模拟有机染料废水进行检测；其中，有机染料为阳离子紫3R、阳离子红X‑GRL和阳离子蓝X‑BL中的任意一种；支持电解质采用硫酸钠、磷酸钠、氯化钠和氯化钾中的任意一种；辉光放电电解等离子体过程采用的反应器为液下式辉光放电反应器，电极为铂丝和不锈钢。本发明对模拟有机染料废水的降解方法简单，条件温和，通过对降解的模拟废水进行紫外光谱、总有机碳、pH、电导率和离子色谱的测定及分析，得出放电电压为600V时，废水的脱色率达到98.17％，矿化率达到62.66％，降解效果好。

Description

利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法
技术领域
本发明涉及一种模拟有机染料废水的降解方法，具体为利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法。
背景技术
废水处理就是利用物理、化学和生物的方法对废水进行处理，使废水净化，减少污染，以至达到废水回收、复用，充分利用水资源。废水处理针对多种废水进行有效处理，其中有机废水中有机污染物浓度高及化学需氧量COD值高，水质色度深，一直是国内外科技界难以处理的问题之一。目前的处理技术对有机废水进行降解处理后，有机污染物降解不完全，脱色效果差、COD去除率低，并且部分处理技术还伴有二次污染的危害。
高级氧化技术是一种新型的水处理技术，本质是基于光电辐射、高温高压等外界条件产生·OH等活性物质，与水体中的有机物发生电子转移、脱氢、断键等化学反应，将其降解为小分子有机物，或直接转化为水、二氧化碳和无机离子，高级氧化技术具有应用范围广、处理效果显著、反应迅速的特点。等离子体技术通过产生伴随着强烈的紫外辐射，冲击波和活性粒子，能够有效氧化降解废水中的有机污染物。
辉光放电电解等离子体通常由电极和电解质溶液之间的辉光放电维持，使用辉光放电电解等离子体对废水进行降解具有极大的研究意义，但是目前对辉放电电解等离子体来降解有机染料废水的研究较少。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，通过辉光放电电解等离子体对含有有机染料和支持电解质的模拟有机染料废水进行降解，并对降解过程中不同降解时间的反应液进行紫外光谱、总有机碳、pH、电导率和离子色谱的测定，分析废水降解效果。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，通过辉光放电电解等离子体对含有有机染料和支持电解质的模拟有机染料废水进行降解，降解过程中边搅拌边降解，并对降解后的模拟有机染料废水进行检测；
其中，有机染料为阳离子紫3R、阳离子红X-GRL和阳离子蓝X-BL中的任意一种；
其中，支持电解质采用硫酸钠、磷酸钠、氯化钠和氯化钾中的任意一种；
其中，辉光放电电解等离子体过程采用的反应器为液下式辉光放电反应器，电极为铂丝和不锈钢。
优选的，对降解后废水的检测过程具体为：收集降解过程的模拟有机染料废水进行紫外光谱、总有机碳、pH、电导率和离子色谱的测定，通过紫外光谱测试和总有机碳测试得到模拟有机染料废水的脱色率和总有机碳降解率，通过pH、电导率和离子色谱得到降解过程模拟有机染料废水的pH变化、电导率变化和生产的中间产物。
优选的，模拟有机染料废水的浓度为20～100mg·L-1。
优选的，模拟有机染料废水中支持电解质溶液的质量浓度为1～4g·L-1。
优选的，辉光放电电解等离子体过程的电压为500～700V，搅拌速度为80～150r·min-1。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过利用辉光放电电解等离子体技术对用含有有机染料和支持电解质的模拟有机染料废水进行降解，并通过对降解过程中的模拟有机染料废水进行检测，从而得到利用辉光放电电解等离子体对模拟有机染料废水的降解效果；
2、该降解过程步骤简单，条件温和，在放电电压为600V时，染料的脱色率达到98.17％，矿化率达到62.66％，废水降解效果好。
附图说明
图1是本发明实施例1中有机染料阳离子紫3R的分子结构图；
图2是本发明中辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的实验装置图；
图3是本发明实施例1中Na2SO4支持电解质的GDEP电流-电压特性曲线；
图4是本发明实施例1中600V下辉光放电电解等离子体的发射光谱图；
图5是本发明实施例1中不同降解时间下的反应液的紫外光谱图；
图6是本发明实施例1中600V下不同降解时间的有机碳去除率图；
图7是本发明实施例1中反应液的pH和电导率随时间的变化曲线；
图8是本发明实施例1中降解过程产生的有机小分子酸浓度随时间的变化曲线图；
图9是本发明实施例2中不同降解时间下的反应液的紫外光谱图；
图10是本发明实施例3中不同降解时间下的反应液的紫外光谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式例对本发明进行详细描述。本发明的范围并不受限于该具体实施方式。
实施例1
一种利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，通过辉光放电电解等离子体对含有有机染料阳离子紫3R和支持电解质Na2SO4的模拟有机染料废水进行降解。
首先配制200mL模拟有机染料废水，向200mL水中加入0.4g Na2SO4和40mg阳离子紫3R得到含有浓度为2g·L-1的Na2SO4和浓度为20mg·L-1的阳离子紫3R的模拟有机染料废水，然后将所配制的模拟有机染料废水放入液下式辉光放电反应器中，具体的反应器结构如图2所示，采用直径为0.5mm的铂丝为阳极，直径为5mm的不锈钢为阴极，进行辉光放电电解等离子体实验，对模拟有机染料废水进行降解，实验电压为600V，在降解过程中以120r min-1的转速边搅拌，边降解。
实施例2
与实施例1中模拟有机染料废水的降解过程相同，不同的是以氯化钾为支持电解质。
实施例3
与实施例1中模拟机染料废水的降解过程相同，不同的是模拟有机染料废水中的阳离子紫3R的浓度为100mg·L-1。
我们对实施例1降解的模拟有机染料废水进行检测，首先采集降解过程中降解0、20、40、60、90、120min的反应液，将上述反应液进行紫外光谱、总有机碳、pH、电导率和离子色谱的测定，通过紫外光谱测试和总有机碳测试的结果计算反应液的脱色率和总有机碳降解率，并结合降解过程的pH变化、电导率变化和生成的中间产物进行分析，研究模拟有机染料废水降解过程。
图3是实施例1中2g·L-1Na2SO4支持电解质的GDEP电流-电压特性曲线，从图3可以看出，当电解电压大于550V时，会发出明亮的辉光，说明此时产生大量导电的高能活性粒子。图4是实施例1中600V下辉光放电电解等离子体的发射光谱图，也就是辉光放电电解等离子体过程产生的活性粒子，通过图4可以看出，放电过程中会差生大量的HO·、O·、H·，为染料降解提供能量来源。图5实施例1中是降解0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65min的模拟有机染料废水反应液的紫外光谱图，扫描范围是200～800nm，通过图5可以看出，反应液的最大吸收波长为547nm，我们在547nm处分别测定阳离子紫3R降解前后的吸光度，根据公式1计算脱色率，同时观察脱色效果。计算得到，放电60min时，可使染料的脱色率达到98.17％。
Abs％＝100％×(A0-At)/A0 公式1
式中：A0为初始染料溶液的吸光度；At为降解t min时溶液的吸光度；Abs％为降解tmin时染料的脱色率。
图6实施例1中是600V下阳离子紫3R随放电时间对总有机碳TOC和总有机碳TOC去除率的影响，也就是通过利用总有机碳TOC分析仪对阳离子紫3R模拟有机染料废水降解0、20、40、60、90、120min时的反应液进行测定，得到降解过程中不同时间的TOC值，根据公式2计算TOC去除率，从而判断其矿化程度，通过图6可以看出，随放电时间的延长，TOC去除率不断增大，且增速先快后慢，放电120min时，可使阳离子紫3R模拟染料的矿化度达到62.66％。
TOC去除率(％)＝100％×(TOC0－TOCt)/TOC0 公式2
式中：TOC0为初始降解溶液的总有机碳值(mg·L-1)；TOCt表示降解t min时溶液的总有机碳值(mg·L-1)。
图7是实施例1中反应液的pH和电导率随时间的变化曲线，图8是降解过程产生的有机小分子酸浓度随时间的变化曲线图，从图7和图8结合可以看出，降解过程中会生成甲酸、乙酸、乳酸、丁二酸等小分子有机酸。
通过对模拟有机染料废水降解过程分析，可知在降解阳离子紫3R模拟染料废水前期，不断生成羧酸等中间产物和带电粒子，使pH减小，电导率增大；而后这些有机酸又与OH·等高活性粒子进行反应，进一步被消耗，导致pH增大；最终被矿化为CO2、H2O和简单无机盐。
我们对实施例2和实施例3中降解的模拟有机染料废水进行紫外光谱测试，图9是实施例2中反应液降解0、1、3、5、7、10、15、20、25、30、40、50、60、70、80、100、120min的反应液的紫外光谱图，扫描范围是200～800nm，通过图9可以看出，反应液的最大吸收波长为547nm。图10是实施例3中反应液稀释5倍后降解0、0.5、1、5、10、15、20、25、30、35、40、60、100、180min的反应液的紫外光谱图，扫描范围是200～800nm，通过图10可以看出，反应液的最大吸收波长为547nm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，其特征在于，通过辉光放电电解等离子体对含有有机染料和支持电解质的模拟有机染料废水进行降解，降解过程中边搅拌边降解，并对降解后的模拟有机染料废水进行检测；
其中，所述有机染料为阳离子紫3R、阳离子红X-GRL和阳离子蓝X-BL中的任意一种；
其中，所述支持电解质采用硫酸钠、磷酸钠、氯化钠和氯化钾中的任意一种；
其中，所述辉光放电电解等离子体过程采用的反应器为液下式辉光放电反应器，电极为铂丝和不锈钢。
2.根据权利要求1所述的利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，其特征在于，所述对降解后废水的检测过程具体为：收集降解过程的模拟有机染料废水进行紫外光谱、总有机碳、pH、电导率和离子色谱的测定，通过紫外光谱测试和总有机碳测试得到模拟有机染料废水的脱色率和总有机碳降解率，通过pH、电导率和离子色谱得到降解过程模拟有机染料废水的pH变化、电导率变化和生产的中间产物。
3.根据权利要求1所述的利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，其特征在于，所述模拟有机染料废水的浓度为20～100mg·L-1。
4.根据权利要求1所述的利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，其特征在于，所述模拟有机染料废水中支持电解质溶液的质量浓度为1～4g·L-1。
5.根据权利要求1所述的利用辉光放电电解等离子体降解模拟有机染料废水的方法，其特征在于，所述辉光放电电解等离子体过程的电压为500～700V，搅拌速度为80～150r·min-1。
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