CN111115930A - 一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，通过1）废水通过预处理反渗透装置；2）将步骤1）后的废水经过反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置；3）用氢氧化钠和硫酸调节水溶液呈酸性；4）加入硫酸钠溶液调节电导率，同时调节电极电压；5）步骤3）的水溶液中加入二氧化钛催化剂催化至符合要求，为了改善光催化氧化技术和电催化氧化技术所面临的问题，本方法通过强氧化技术的集成，能够有效去除废水中难降解的有机物，降解其生物毒理性，提高可生化性，也可以作为废水深度氧化技术，把难降解有机物氧化为CO2和H2O，使之无害化。
Description
技术领域
本发明属于废水处理技术领域中的高级氧化技术，涉及一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法。
背景技术
随着科学技术的进步和工业技术的不断发展，特别是在化工、材料、石油等方面。在经济不断繁荣的同时也产生大量有毒有害的废水，对生态系统产生严重影响，危害人体健康。相对于普通的生活废水，工业印染废水具有成分复杂、有毒有害成分多、难降解等特点。目前处理这类废水技术有限，多采用生物处理的方法，但是传统的生化处理工艺很难达标排放。
光催化氧化技术是近几十年来国内外学者最关注的水处理技术之一，因为光催化技术具有无二次污染、价格低廉等特点。光催化降解废水的原理是：TiO2等半导体材料在紫外光的照射下，其价带上的电子被激发到导带上，产生电子-空穴对，在水中生成羟基自由基、氧自由基等活性物质，因此具有很强的氧化还原能力，另外，大量实验研究表明，二氧化钛具有良好的抗光腐蚀性和光催化活性，而且化学性质稳定、价格低廉、无毒无害，是目前应用最广泛的光催化材料。但是半导体材料其响应的波长均处于小于在400nm的紫外光区域，对可见光的利用率很低。
电催化氧化技术也是一种高效清洁的降解有机污染物的水处理技术，其具有氧化分解能力强、运行耗能低、环境友好等特点。电催化氧化降解废水的原理是：通过外部电源供电在反应槽内形成直流电场，使反应槽内填充的催化剂在电场作用下感应带电、形成粒子电极，在反应槽主电极和粒子电极的电解及催化作用下，反应槽内水中的溶解氧被转化生成强氧化剂羟基自由基（·OH），通过羟基自由基可氧化分解废水中难降解的有机物，使之转化为CO2和H2O。羟基自由基是一种活性极高的粒子，能够无选择的氧化各种有机物并使之矿化。但目前对电催化氧化的开发还不够充分，电催化反应的电能利用率低、可调节性差等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，为了改善光催化氧化技术和电催化氧化技术所面临的问题，本方法通过强氧化技术的集成，能够有效去除废水中难降解的有机物，降解其生物毒理性，提高可生化性，也可以作为废水深度氧化技术，把难降解有机物氧化为CO2和H2O，使之无害化。
为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，包括反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置，步骤如下：1）废水通过预处理反渗透装置；2）将步骤1）后的废水经过反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置；3）用氢氧化钠和硫酸调节水溶液呈酸性；4）加入硫酸钠溶液调节电导率，同时调节电极电压；5）步骤3）的水溶液中加入二氧化钛催化剂催化至符合要求。
所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置中包含电解槽，电解槽内设置有阳极电极板和阴极电极板，阳极电极板采用Ti/SnO2极板，所述阴极电极板为不锈钢板。
所述的所述Ti/SnO2阳极采用溶胶凝胶法制备，制备方法如下，1）钛材预处理：将钛板在质量浓度为20-60%的热氢氧化钠溶液中浸2-4h,去除钛板表面的污染物；2）清洗至中性后,放入质量浓度为10-20%的沸腾草酸中浸蚀2-4h,去除钛板表面的氧化膜,清洗干净后备用；3）溶胶的制备:将SnCl4·5H2O与无水乙醇按照体积比1:1-4混合成溶液A,冰HCl、蒸馏水及无水乙醇按体积比为1-2:2-7:40-50混合成溶液B，将A、B溶液等体积混合并不断搅拌30min,室温陈化24-48h后,得到SiO2溶胶；4）Ti/Sn02电极的制备:将步骤2）处理后的钛板浸渍于Sn02溶胶中，在80-100°C烘箱中干燥30min，此步骤重复5-10次；5）再将其置于400-600C的马弗炉中高温煅烧2-4h,重复次步骤2-5次,制备得到Ti/Sn02电极。
所述的二氧化钛光催化剂，投加量为0.8g/L,采用主波长为254nm的紫外灯，处理时间为6h,每隔1h取一次废水水溶液。
本发明带来的有益效果为：电催化电极的表面微观结构和状态也是影响电催化性能的重要因素之一，而电极的制备方法直接影响到电极的表面结构，目前电催化电极的主要制备方法有热分解法、浸渍法（或涂刷法）、物理气相沉积法（PVD）、化学气相沉积法（CVD）、电沉积法、电化学阳极氧化法以及溶胶－凝胶法等。
溶胶－凝胶法的基本原理是将酯类化合物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀的溶液，然后加入其他组分，在一定温度下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产品，溶胶－凝胶法具有反应条件温和、均匀性好、纯度高、颗粒细腻等优点。
附图说明
图1为反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置结构示意图。
图2为盖体结构示意图。
图3为罗丹明B水溶液降解效果图。
具体实施方式
一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，包括反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置，步骤如下：1）废水通过预处理反渗透装置；2）将步骤1）后的废水经过反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置；3）用氢氧化钠和硫酸调节水溶液呈酸性；4）加入硫酸钠溶液调节电导率，同时调节电极电压；5）步骤3）的水溶液中加入二氧化钛催化剂催化至符合要求。
所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置中包含电解槽，电解槽内设置有阳极电极板和阴极电极板，阳极电极板采用Ti/SnO2极板，所述阴极电极板为不锈钢板。
所述的所述Ti/SnO2阳极采用溶胶凝胶法制备，制备方法如下，1）钛材预处理：将钛板在质量浓度为20-60%的热氢氧化钠溶液中浸2-4h,去除钛板表面的污染物；2）清洗至中性后,放入质量浓度为10-20%的沸腾草酸中浸蚀2-4h,去除钛板表面的氧化膜,清洗干净后备用；3）溶胶的制备:将SnCl4·5H2O与冰HCl、蒸馏水及无水乙醇按一定比例混合后得到溶液,室温陈化24-48h后,得到SiO2溶胶；4）Ti/Sn02电极的制备:将步骤2）处理后的钛板浸渍于Sn02溶胶中，在80-100°C烘箱中干燥30min，此步骤重复5-10次；5）再将其置于400-600C的马弗炉中高温煅烧2-4h,重复次步骤2-5次,制备得到Ti/Sn02电极。
所述的二氧化钛光催化剂，投加量为0.8g/L,采用主波长为254nm的紫外灯，处理时间为6h,每隔1h取一次废水水溶液。
所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置，反渗透设备的出水口7一端设有废水调节池8，管路9一端插入废水调节池8内，另一端通过水泵10与电解槽11连接，所述的反渗透设备的结构为：罐体20内设有过滤层结构，罐体20两侧壁分别设有进水口1和出水口7；电解槽11内设置有阳极电极板13和阴极电极板14，电解槽11上设有对应的可拆卸的盖体15，盖体15上安装有紫外灯17，盖体15上设有铜制材料，铜制材料位置与阳极电极板13和阴极电极板14分别对应，铜制材料通过电源控制器18分别与电源19正负极连接；过滤层结构由网状隔板3、石英砂过滤层4、活性炭过滤层5和离子交换树脂层6组成，网状隔板3为平行设置，下方隔板位于进入口1上方，上方隔板位于出水口7下方，两平行网状隔板之间从下至上依次铺设有石英砂过滤层4、活性炭过滤层5和离子交换树脂层6。
废水通过进水口1自下而上进入反渗透设备，若废水中含有较大颗粒物或能沉降的物质，会沉积在反渗透设备下底板2上面，下底板为可拆卸方法，可随时进行清理，废水进入反渗透设备后依次流过网状隔板3、石英砂过滤层4、活性炭过滤层5、离子交换树脂层6，通过出水口7进入废水调节池8。通过石英砂过滤层4、活性炭过滤层5和离子交换树脂层6的吸附过滤作用去除废水中的悬浮物质。因为进水为从下向上，需克服重力和过滤方法的阻力，所以从反渗透设备中出水相对较慢，设置废水调节池8的目的就是汇集从反渗透方法中出来的废水，废水达到一定量后在通过管道9和水泵10加压进入电解槽11内，在进行光电催化反应。废水进在电解槽内同时进行光电催化反应。至少负载一种贵金属的钛基材料的阳极电极板13和镍板或不锈钢板等的阴极电极板14在外接电源的作用下产生强氧化剂羟基自由基（·OH）降解废水，同时二氧化钛光催化剂在紫外光的波长下产生电子-空穴对降解废水，外直流电源也可以降低二氧化钛光催化剂电子和空穴的复合率，催化氧化效率得到进一步提高，从而实现光电协同催化氧化的过程。
实施例：
废水经过预处理反渗透设备后，进入如图1所示的废水光电催化处理装置，以30mg/L的罗丹明B水溶液为例，用氢氧化钠和硫酸调节水溶液的PH=3，再加入0.5mol/L的硫酸钠溶液调节系统中的电导率，阳极为改性过的Ti/SnO2极板，阴极为不锈钢极板，调节电极两端的电压为12V。同时在水溶液中加入二氧化钛光催化剂，投加量为0.8g/L,采用主波长为254nm的紫外灯，处理时间为6h,每隔1h取一次罗丹明B水溶液，由图3可看出在处理时间为6h左右时，罗丹明B已经被基本降解。
以上所述的仅是本发明的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，也应视为属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，包括反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置，其特征在于：步骤如下：1）废水通过预处理反渗透装置；2）将步骤1）后的废水经过反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置；3）用氢氧化钠和硫酸调节水溶液呈酸性；4）加入硫酸钠溶液调节电导率，同时调节电极电压；5）步骤3）的水溶液中加入二氧化钛催化剂催化至符合要求。
2.如权利要求1所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，其特征在于：所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的装置中包含电解槽，电解槽内设置有阳极电极板和阴极电极板，阳极电极板采用Ti/SnO2极板，所述阴极电极板为不锈钢板。
3.如权利要求2所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，其特征在于：所述的所述Ti/SnO2阳极采用溶胶凝胶法制备，制备方法如下，1）钛材预处理：将钛板在质量浓度为20-60%的热氢氧化钠溶液中浸2-4h,去除钛板表面的污染物；2）清洗至中性后,放入质量浓度为10-20%的沸腾草酸中浸蚀2-4h,去除钛板表面的氧化膜,清洗干净后备用；3）溶胶的制备:将SnCl4·5H2O与无水乙醇按照体积比1:1-4混合成溶液A,冰HCl、蒸馏水及无水乙醇按体积比为1-2:2-7:40-50混合成溶液B，将A、B溶液等体积混合并不断搅拌30min,室温陈化24-48h后,得到SiO2溶胶；4）Ti/Sn02电极的制备:将步骤2）处理后的钛板浸渍于Sn02溶胶中，在80-100°C烘箱中干燥30min，此步骤重复5-10次；5）再将其置于400-600C的马弗炉中高温煅烧2-4h,重复次步骤2-5次,制备得到Ti/Sn02电极。
4.如权利要求1所述的反渗透联合光电催化氧化处理印染废水的方法，其特征在于：所述的二氧化钛光催化剂，投加量为0.8g/L,采用主波长为254nm的紫外灯，处理时间为6h,每隔1h取一次废水水溶液。
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