CN112591928A - 一种简易的染料废水快速脱色方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种简易的染料废水快速脱色方法，属于污水处理技术领域。本发明方法步骤为：向染料废水中投加纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，反应一定时间后将纳米零价铁与废水进行固液分离，完成染料废水的快速脱色。本发明方法所使用的纳米零价铁无需进行任何前处理，同时处理过程无需任何加强性辅助手段，操作简单，易于实现，且在较短时间内便能达到对染料的高脱色率。

Description

一种简易的染料废水快速脱色方法
技术领域
本发明涉及一种简易的染料废水快速脱色方法，属于污水处理技术领域。
背景技术
伴随着经济的高速发展，每年大量染料被应用于纺织品、化妆品、纸张、皮革、食品等行业，而印染加工过程中约有10％～20％染料作为废水排出，进入江湖、大海和地面水中，废水中染料分子多以萘、苯、醌、蒽等芳香基团为母体，均带有显色基团，因此染料废水的颜色很深，色度高达500～500000倍，严重污染环境。由于染料的生产过程和结构比较复杂，因此，它具有难生物降解、抗氧化、抗光解、热稳定性强等特点，这些特点使染料废水浓度高、色度大、成分复杂、变化大、处理难度大。在染料废水治理过程中，脱色是治理的关键技术，最常用的处理方法有生物法，物理法，化学法。生物处理法对碱性染料和含蒽醌结构显色基的染料废水有一定的脱色作用，但脱色率都不高约50％左右，同时由于染料废水BOD5/COD值较小，限制了微生物的效能。物理法包括吸附法、萃取法和膜分离法，吸附法对疏水性和高浓度染料废水效果较差，且使用成本高，再生困难。膜分离技术中渗透膜极易污染、堵塞，寿命短，定期维护的成本高。而萃取法中萃取剂的使用对环境容易产生二次污染。化学法包括混凝法、氧化还原、光催化、电化学等，其费用较高污泥量大，且易产生二次污染。因此，研究高去除率、适用范围广、耗能低及氧化能力强的染料降解脱色技术成为环保科研人员面临的难题之一。
纳米零价铁(1～100nm)用于环境污染物的治理和修复一直为国内外环境研究领域的热点课题。纳米零价铁尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例高、表面原子配位不全，具有优越的催化选择性和高反应活性。考虑到很多染料分子含有偶氮键和硝基或亚硝基等发色基团，结合纳米零价铁良好的破坏偶氮键、还原硝基等发色团的能力和良好的吸附能力，将纳米零价铁用于染料脱色有着较大的发展空间。
目前已有大量关于零价铁用于染料废水脱色方法，如公开号为CN 109851024A的发明专利公开了“一种快速降解废水中偶氮染料的方法”，公开号为CN110482671A的发明专利公开了“一种炭硫掺杂零价铁复合材料的制备方法及其应用”，公开号为CN 109942067 A的发明专利公开了“一种利用零价铁和黄铁矿混合去除偶氮染料的方法”，公开号为CN106630045 A的发明专利公开了“一种低铁投量下快速降解染料废水的方法”，公开号为CN103084075 A的发明专利公开了“一种载纳米零价铁基PVDF复合材料及其制备方法和应用”。但这些专利所使用的纳米零价铁或零价铁亦或需要进行如改性、修饰、活化等前处理，亦或者处理过程需要采用加强性辅助手段，如超声、微波、外加电场、加热等，亦或只适用于处理单一偶氮型染料废水。因此，目前缺乏一种操作简便且快速高效地适用于所有类型染料废水的脱色方法。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种简易的染料废水快速脱色方法，本发明方法通过向染料废水中投加一定量的纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式混合均匀，使纳米零价铁与染料充分反应，纳米零价铁具有尺寸小、表面积大、还原性强等特性，能够破坏染料的偶氮键、还原硝基等发色基团使其在较短时间内快速脱色，同时纳米零价铁壳层铁氧化物具有良好的吸附能力，部分染料可被吸附到纳米零价铁表面去除，加强染料的脱色效果。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
一种简易的染料废水快速脱色方法，具体步骤如下：
向染料废水中投加纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，反应一定时间后将纳米零价铁与废水进行固液分离，完成染料废水的快速脱色。
优选地，每1L染料废水中投加有0.1～4g纳米零价铁。
优选地，纳米零价铁与染料废水搅拌反应的时间为5s～2h。
优选地，所述的染料废水为偶氮类、蒽醌类、三苯甲烷类、靛蓝类、吩嗪类、硝基类、亚硝基类中的任意一种或几种混合。
优选地，所述的机械搅拌的G值控制在600～1000s-1。
优选地，纳米零价铁与废水采用重力沉降或磁分离方式进行固液分离，其中，重力沉降过程需控制沉降时间在1～30min，磁分离过程需控制电磁通电时间在0.1～2min，磁感应强度在50～500Gs。
从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
(1)本发明仅需使用一定量的纳米零价铁，通过机械搅拌方式将纳米零价铁与染料废水混合反应，在较短时间内便能达到对染料进行快速还原脱色，操作简单、易于实现。
(2)本发明所使用的纳米零价铁无需进行任何前处理，如改性、修饰、活化等；同时处理过程无需任何加强性辅助手段，如超声、微波、外加电场、加热等，材料制备简单且处理过程操作简单易控。
(3)纳米零价铁与染料废水反应完后，通过重力沉降或磁分离的方式快速将纳米零价铁与染料分离，纳米零价铁可进行循环利用降低处理成本。
(4)本发明可对染料废水进行快速脱色，同时纳米零价铁反应最终产物为自然界中广泛存在的铁氧化物，不会造成二次污染。
附图说明
图1是实施例1-4中纳米零价铁对不同染料的脱色效果图；
图2是实施例2中纳米零价铁循环利用效果图；
具体实施方式
下面结合具体的实施例子来进一步说明本发明的特点，但不对本发明的权利要求做任何限定。
实施例1
向500mL甲基橙染料废水(甲基橙浓度为500mg/L)中投加含0.5g纳米零价铁的纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，G值控制在600s-1，反应30min后采用磁分离方式将纳米零价铁与废水进行固液分离，其中，磁分离过程需控制电磁通电时间在0.5min，磁感应强度在100Gs。采用紫外可见分光光度法在最大吸收波长464nm下测定脱色前后染料废水的吸光度，并计算甲基橙的脱色率为97.54％。
实施例2
向500mL刚果红染料废水(刚果红浓度为500mg/L)中投加含0.25g纳米零价铁的纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，G值控制在600s-1，反应10min后采用磁分离方式将纳米零价铁与废水进行固液分离，其中，磁分离过程需控制电磁通电时间在0.5min，磁感应强度在100Gs。采用紫外可见分光光度法在最大吸收波长497nm下测定脱色前后染料废水的吸光度，并计算刚果红的脱色率为98.23％。
采用上述相同方法将固液分离后的固相纳米零价铁投加至新的与上述相同的待处理的刚果红染料废水中循环使用8次，8次循环使用时刚果红的脱色率分别为98.59％、98.91％、99.07％、99.15％、99.23％、99.25％、99.28％、99.21％。结果表明，纳米零价铁循环利用8次仍能快速高效对刚果红脱色。
实施例3
向500mL茜素红染料废水(茜素红浓度为100mg/L)中投加含0.5g纳米零价铁的纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，G值控制在600s-1，反应30min后采用磁分离方式将纳米零价铁与废水进行固液分离，其中，磁分离过程需控制电磁通电时间在0.5min，磁感应强度在100Gs。采用紫外可见分光光度法在最大吸收波长252nm下测定脱色前后染料废水的吸光度，并计算甲基橙的脱色率为94.73％。结果表明，纳米零价铁可快速高效对茜素红进行脱色。
实施例4
向500mL含甲基蓝、靛蓝、中性红、茜素黄的染料废水(甲基蓝、靛蓝、中性红、茜素黄的浓度均为100mg/L)中投加含0.5g纳米零价铁的纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，G值控制在600s-1，反应30min后采用磁分离方式将纳米零价铁与废水进行固液分离，其中，磁分离过程需控制电磁通电时间在0.5min，磁感应强度在100Gs。采用紫外可见分光光度法分别在最大吸收波长为314nm、692nm、525nm、379nm下测定脱色前后染料废水的吸光度，并计算甲基蓝、靛蓝、中性红、茜素黄的脱色率分别为99.69％、85.97％、92.56％、99.99％。结果表明，纳米零价铁可快速高效对甲基蓝、靛蓝、中性红、茜素黄进行脱色。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种简易的染料废水快速脱色方法，其特征在于，具体步骤如下：
向染料废水中投加纳米零价铁悬浮液，采用机械搅拌的方式使其与染料废水混合均匀，反应一定时间后将纳米零价铁与废水进行固液分离，完成染料废水的快速脱色。
2.如权利要求1所述的简易的染料废水快速脱色方法，其特征在于，每1L染料废水中投加有0.1～4g纳米零价铁。
3.如权利要求1所述的简易的染料废水快速脱色方法，其特征在于，纳米零价铁与染料废水搅拌反应的时间为5s～2h。
4.如权利要求1所述的简易的染料废水快速脱色方法，其特征在于，所述的染料废水为偶氮类、蒽醌类、三苯甲烷类、靛蓝类、吩嗪类、硝基类、亚硝基类等中的任意一种或几种混合。
5.如权利要求1所述的简易的染料废水快速脱色方法，其特征在于，所述的机械搅拌的G值控制在600～1000s-1。
6.如权利要求1所述的简易的染料废水快速脱色方法，其特征在于，纳米零价铁与废水采用重力沉降或磁分离方式进行固液分离，其中，重力沉降过程需控制沉降时间在1min～30min，磁分离过程需控制电磁通电时间在0.1～2min，磁感应强度在50～500Gs。
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