CN111392810A - 一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法 - Google Patents

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陈鹏
宋少先
康石长
张婷婷
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Abstract

本发明提供一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，该方法，包括以下步骤：调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，其中，染料废水为含甲基橙和亚甲基蓝染料废水，然后，调节染料废水的pH至3‑11，再在搅拌下对染料废水进行光照辐射。本发明可在只光照辐射的条件下，通过亚甲基蓝光敏化作用产生强氧化性的单线态氧，实现水体中甲基橙和亚甲基蓝的高效同步降解，且有效处理浓度范围较宽。同时，本发明在降解甲基橙和亚甲基蓝的过程中未添加任何光催化剂，其能有效避免后续的固液分离和光催化剂循环再生的问题，并显著降低含甲基橙和亚甲基蓝废水的处理成本。

Description

一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法。
背景技术
据统计，我国的染料生产量约为90万吨/年，但是其中大约20％的染料在制备、精加工和使用过程中没有经过恰当的处理就直接被排放到水体中，从而对生态环境造成了严重危害。甲基橙和亚甲基蓝分别作为典型的阴离子和阳离子染料，通常存在于纺织、皮革和印染行业的排放废水中。由于其具有色度高、较高的生物毒性和难以被生物降解的特点，含甲基橙和亚甲基蓝的染料废水不仅会抑制了水生植物的光合作用，还会对水中生物造成直接毒害，从而严重破坏水生系统，因此亟需发展一种经济、高效的方法来消除水体中的甲基橙和亚甲基蓝污染。
目前将染料从废水中脱除的方法主要有团聚、膜分离、光催化和吸附法。其中由于吸附法具有较高的去除效率且易于操作的特点，该方法已成功应用于含染料废水的脱除。但是该方法只是将污染物从水体转移到固相中，并不能彻底消除污染物，因此还需要大量额外的工作来对污染物进行销毁，从而增加了处理成本。最近利用光催化技术对环境污染进行修复吸引了广泛关注，这是由于光催化技术能利用太阳能产生高活性的基团直接矿化环境中的各种有机污染物，从而对污染物进行彻底消除。但是几乎所有的光催化技术在环境污染物修复过程中都需要添加光催化剂，而目前光催化剂的生产成本普遍偏高，且其循环性能和对高浓度污染物的处理能力较差，因而光催化技术在环境污染修复方面难以大规模应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，以解决现有废水中染料脱除成本高、脱除效果差的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，包括以下步骤：
调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，其中，染料废水为含甲基橙和亚甲基蓝染料废水，然后，调节染料废水的pH至3-11，再在搅拌条件下对染料废水进行光照辐射。
可选地，所述调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，包括，调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度分别为5-500mg/L和5-500mg/L。
可选地，所述搅拌的搅拌转速为50-1000r/min。
可选地，所述光照辐射的光波长为10-780nm。
可选地，所述光照辐射的强度为100-2000mW/cm2。
可选地，所述光照辐射的时间为15-200min。
本发明的工作原理：在光照辐射条件下，染料废水中的亚甲基蓝会被激发为氧化性的三线态的亚甲基蓝，该产物可以通过电子转移直接将甲基橙氧化降解或将水中溶氧转变为单线态氧然后再将甲基橙氧化降解。而且由于亚甲基蓝自身稳定性较差，在光照条件下会部分降解，因此，在光照条件下可通过调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，可实现甲基橙和亚甲基蓝的同步去除。
相对于现有技术，本发明所述的协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法具有以下优势：
1、本发明以染料废水中的亚甲基蓝是作为光敏化催化剂，其在光照辐射的条件下，能产生大量的单线态氧，而作为具有强氧化性的活性基团，单线态氧能将体系中的甲基橙快速氧化降解成甲酸根、硝酸根和硫酸根等小分子，1小时后就可达到90％以上的降解率，且本发明具有较宽的有效浓度处理范围。另外基于亚甲基蓝光照条件下自降解的特性，通过调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，可实现甲基橙和亚甲基蓝的同步降解，使得本发明可有效解决染料废水污染问题。
2、本发明在降解甲基橙和亚甲基蓝的过程中未添加任何吸附剂或光催化剂，只在光照条件下就可实现有机物的去除，从而可有效避免后续的固液分离和光催化剂循环再生的问题，进而有利于显著降低含甲基橙和亚甲基蓝废水的处理成本。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例1协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的电子顺磁共振图；
图2为本发明实施例1协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的离子色谱图；
图3为本发明实施例1协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的紫外吸收图谱；
图4为本发明实施例1协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的降解结果图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合附图和实施例来详细说明本发明。
实施例1
本实施例通过配制甲基橙-亚甲基蓝混合溶液模拟染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度调节状态，在本实施例中，甲基橙-亚甲基蓝混合溶液中甲基橙的浓度为20mg/L，亚甲基蓝的浓度为1mg/L，调节甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的pH至9，然后，将甲基橙-亚甲基蓝混合溶液转移到磁力搅拌器上进行磁力搅拌，搅拌转速为350r/min，最后，用300W的氙灯对甲基橙-亚甲基蓝混合溶液进行光照辐射，波长范围介于380nm和780nm之间，光照强度为1000mW/cm2，光照辐射时间为60min。
对本实施例甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的光降解过程进行电子顺磁共振测试和离子色谱分析，测试结果如图1和图2所示。
由图1和图2可知，对于甲基橙-亚甲基蓝混合溶液体系，其在光照辐射的条件下，能产生大量的单线态氧，而作为具有强氧化性的活性基团，单线态氧能将体系中的甲基橙快速氧化降解成甲酸根、硝酸根和硫酸根等小分子。另外由于亚甲基蓝光照条件下自降解的特性，通过调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，可实现甲基橙和亚甲基蓝的同步降解。
对本实施例甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的光降解过程进行紫外吸收光谱分析，测试结果如图3所示。
由图3可知，随着光照辐射时间的延长，甲基橙和亚甲基蓝的紫外特征吸收峰强度都显著降低，并在60min后几乎完全消失。
对本实施例甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的光降解效果进行测试，测试结果如图4所示。
由图4可知，在该实验条件下，光照辐射60min后甲基橙和亚甲基蓝的降解率均可达到90％以上，说明在只光照辐射而不添加任何光催化剂的情况下，本实施例能实现甲基橙和亚甲基蓝的有效降解。
实施例2
本实施例通过配制甲基橙-亚甲基蓝混合溶液模拟染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度调节状态，在本实施例中，甲基橙-亚甲基蓝混合溶液中甲基橙的浓度为20mg/L，亚甲基蓝的浓度为5mg/L，调节甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的pH至7，然后，将甲基橙-亚甲基蓝混合溶液转移到磁力搅拌器上进行磁力搅拌，搅拌转速为350r/min，最后，用300W的氙灯对甲基橙-亚甲基蓝混合溶液进行光照辐射，波长范围介于380nm和780nm之间，光照强度为1500mW/cm2，光照辐射时间为60min。
对本实施例甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的光降解效果进行测试。
经测试可知，本实施例中甲基橙和亚甲基蓝的降解率分别为95.2％和88.7％。
实施例3
本实施例通过配制甲基橙-亚甲基蓝混合溶液模拟染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度调节状态，在本实施例中，甲基橙-亚甲基蓝混合溶液中甲基橙的浓度为40mg/L，亚甲基蓝的浓度为10mg/L，调节甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的pH至5，然后，将甲基橙-亚甲基蓝混合溶液转移到磁力搅拌器上进行磁力搅拌，搅拌转速为400r/min，最后，用300W的氙灯对甲基橙-亚甲基蓝混合溶液进行光照辐射，波长范围介于380nm和780nm之间，光照强度为1500mW/cm2，光照辐射时间为60min。
对本实施例甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的光降解效果进行测试。
经测试可知，本实施例中甲基橙和亚甲基蓝的降解率分别为92.4％和85.7％。
实施例4
本实施例通过配制甲基橙-亚甲基蓝混合溶液模拟染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度调节状态，在本实施例中，甲基橙-亚甲基蓝混合溶液中甲基橙的浓度为80mg/L，亚甲基蓝的浓度为20mg/L，调节甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的pH至9，然后，将甲基橙-亚甲基蓝混合溶液转移到磁力搅拌器上进行磁力搅拌，搅拌转速为500r/min，最后，用300W的氙灯对甲基橙-亚甲基蓝混合溶液进行光照辐射，波长范围介于380nm和780nm之间，光照强度为1000mW/cm2，光照辐射时间为90min。
对本实施例甲基橙-亚甲基蓝混合溶液的光降解效果进行测试。
经测试可知，本实施例中甲基橙和亚甲基蓝的降解率分别为91.7和83.6％。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，其特征在于，包括以下步骤：
调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，其中，染料废水为含甲基橙和亚甲基蓝染料废水，然后，调节染料废水的pH至3-11，再在搅拌条件下对染料废水进行光照辐射。
2.根据权利要求1所述的协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，其特征在于，所述调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度，包括，调节染料废水中甲基橙和亚甲基蓝的浓度分别为5-500mg/L和5-500mg/L。
3.根据权利要求1所述的协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，其特征在于，所述搅拌的搅拌转速为50-1000r/min。
4.根据权利要求3所述的协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，其特征在于，所述光照辐射的光波长为10-780nm。
5.根据权利要求1所述的协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，其特征在于，所述光照辐射的强度为100-2000mW/cm2。
6.根据权利要求1所述的协同光降解甲基橙和亚甲基蓝的方法，其特征在于，所述光照辐射的时间为15-200min。
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