CN114349149A - 利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法，属于印染废水治理技术领域。利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法为：利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法：向亚甲基蓝染料废水中添加高炉渣和H2O2，调节pH至1‑5，在室温下搅拌，充分反应后减压过滤，通过非均相类Fenton反应，完成对亚甲基蓝染料废水的降解。本发明采用高炉渣作为非均相Fenton的铁源催化剂，做到以废治废，不会造成二次污染；本发明简化了前期固体催化剂制备的工艺流程，操作简单，成本低廉，在实际应用中具有重要的使用价值，可有效解决现有现有技术处理亚甲基蓝染料废水成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明属于印染废水治理技术领域，具体涉及一种利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法。
背景技术
亚甲基蓝(MB)是一种硫氮杂苯染料，常被用作生物染色剂、氰化物的解毒剂、氧化指示剂和化学分析试剂，但它很难被一些常规的方法所降解，易引起严重的环境污染问题。目前亚甲基蓝染料废水的处理主要有氧化法、光催化法、混凝法、膜分离法及吸附法等。以上处理方法中，氧化技术成本高，常用氧化剂存在氧化能力差、选择性氧化等缺点；光催化法最大的不足是需要光源照射体系、在应用中受到光源和天气影响；混凝法的运行费用较高，处理泥渣量大且处理困难；膜分离法在染料处理中去除率高，工艺简单，但是目前膜的生产成本非常高，操作压力大，很难进行大规模的工业化应用；吸附法所需吸附剂用量大，部分吸附剂如活性炭的成本很高，很难进行大规模的污水处理。
实践证明，在较多的废水处理方法中，高级氧化法在处理有机物废水效果较好。而高级氧化法中，Fenton技术具有处理效果较好，成本相对较低，易操作等优点，并且进行了广泛的应用研究。但是在大量的研究及应用过程中发现均相Fenton有两个先天缺陷，限制了其广泛应用，其一是，该系统必须在较低且较窄的pH值范围内(pH＝2-3)下才能有效运行；其二是，由于大量铁离子的存在，导致反应结束后，产生铁泥沉积提高了处理成本，并引发二次污染问题。而非均相Fenton体系可以解决上述问题，即将催化剂固态化，减小pH的影响，同时催化剂易分离回收。
因此，将非均相Fenton技术用于亚甲基蓝染料废水的处理，开发一种新的简单且高效处理亚甲基蓝染料废水的方法具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术处理亚甲基蓝染料废水成本较高的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法：向亚甲基蓝染料废水中添加高炉渣和H2O2，调节pH至1-5，在室温下搅拌，充分反应后减压过滤，通过非均相类Fenton反应，完成对亚甲基蓝染料废水的降解。
进一步的是，上述反应在光照条件下进行。
更进一步的是，光照强度为16W。
上述高炉渣为冶炼铁的废弃物，其组成成分按质量百分比为：TiO222-25％，SiO222-26％，Al2O316-19％，Fe2O30.22-0.44％，CaO 22-29％，MgO 7-9％，其余为不可避免的杂质。
进一步的是，上述高炉渣经破碎，研磨，洗涤，烘干，过筛80目后使用。
上述亚甲基蓝染料废水中亚甲基蓝的溶度为5-200mg/L。
上述高炉渣的添加量为0.05-0.5g/100ml亚甲基蓝染料废水；H2O2的添加量为0.05-0.5ml/ml亚甲基蓝染料废水。
进一步的是，上述所述高炉渣的添加量为0.1g/100ml亚甲基蓝染料废水；H2O2的添加量为0.2ml/ml亚甲基蓝染料废水。
进一步的是，上述反应中调节pH至3。
上述H2O2的加入方式为分批次滴加。
上述反应时间为2-4h。
上述利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法，亚甲基蓝染料废水色度的去除率＞98％；亚甲基蓝染料废水COD去除率＞85％。
本发明的有益效果是：本发明的方法与传统均相Fenton处理废水方法相比，具有较宽的pH选择范围，传统均相Fenton处理废水的方法需要控制pH为2-3，使用范围受限，后续处理难度大。而本发明发pH控制范围为1-5，均有较好的处理效果。当pH＜3时，高炉渣溶出铁离子，形成均相Fenton体系，铁离子对生成·OH有一定的贡献；当pH＞3时，溶液中几乎不存在游离铁离子，非均相催化起到主要的作用：一方面H2O2吸附至高炉渣表面，使Fe3+转变为Fe2+，而高炉渣表面的Fe2+可以有效的催化分解H2O2并产生·OH；另一方面，在光照条件下，催化剂表面的Fe3+光还原为Fe2+，进一步催化分解H2O2并产生·OH。本发明采用的非均相Fenton反应体系，适用的pH比均相Fenton体系要宽泛，并且向中性方向移动，这为后续调节酸度降低了难度，进一步控制了生产成本。
其次，本发明采用高炉渣作为铁源催化剂，由于高炉渣既含有铁源也含有钛的化合物，本身具备Fenton催化剂和光催化的物质，在有光照或无光照的情况下都具有良好的催化效果；并且高炉渣表面粗糙有微小细孔，使高炉渣对亚甲基蓝染料废水具有一定吸附性能，其天然的吸附性能将有机染料吸附并在其表面实现非均相类Fenton催化反应，对于亚甲基蓝染料废水进行降解。
本发明采用工业固体废弃物高炉渣作为非均相Fenton的铁源催化剂，与其他非均相Fenton催化相比，做到以废治废，催化剂在一定程度上可以回收再利用，成本低且绿色环保，不会造成二次污染；本发明简化了前期固体催化剂制备的工艺流程，操作简单，成本低廉，在实际应用中具有重要的使用价值，为处理印染废水提供了一种新的方法。
附图说明
图1为本发明实施例所述高炉渣的SEM×1000图；
图2为本发明实施例所述高炉渣的SEM×5000图。
具体实施方式
本发明的技术方案，具体可以按照以下方式实施。
利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法：向亚甲基蓝染料废水中添加高炉渣和H2O2，调节pH至1-5，在室温下搅拌，充分反应后减压过滤，通过非均相类Fenton反应，完成对亚甲基蓝染料废水的降解。
优选的是，上述反应在光照条件下进行。
更优选的是，光照强度为16W。
上述高炉渣为冶炼铁的废弃物，其组成成分按质量百分比为：TiO222-25％，SiO222-26％，Al2O316-19％，Fe2O30.22-0.44％，CaO 22-29％，MgO 7-9％，其余为不可避免的杂质。
优选的是，上述高炉渣经破碎，研磨，洗涤，烘干，过筛80目后使用。
上述亚甲基蓝染料废水中亚甲基蓝的溶度为5-200mg/L。
Fenton为高级氧化反应，主要是通过·OH与污染物发生氧化反应，羟基自由基增多，处理效果增加，非均相类Fenton反应中，H2O2的分解是在催化剂表面进行的，所以增加高炉渣用量提供更多的活性点位，产生更多的·OH，增大废水的处理效果。因此，优选的是，上述高炉渣的添加量为0.05-0.5g/100ml亚甲基蓝染料废水；H2O2的添加量为0.05-0.5ml/ml亚甲基蓝染料废水。但是高炉渣多，过量的亚铁离子更易与·OH发生反应，从而降低了·OH与亚甲基蓝的反应浓度，从而影响了降解效果。同时，高炉渣加入光照后，废水的去除效果明显增加，这说明高炉渣具有光催化性能，因此，更优选的是，上述高炉渣的添加量为0.1g/100ml亚甲基蓝染料废水；H2O2的添加量为0.2ml/ml亚甲基蓝染料废水。
优选的是，上述反应中调节pH至3。
为了使反应更加充分，因此优选的是，H2O2的加入方式为分批次滴加，反应时间为2-4h。
上述利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法，亚甲基蓝染料废水色度的去除率＞90％；亚甲基蓝染料废水COD去除率＞73％。
下面通过实际的例子对本发明的技术方案和效果做进一步的说明。
实施例
本发明提供两组采用利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法处理亚甲基蓝废水的实施例1-4。
实施例1-4中使用的高炉渣组成成分按质量百分比为：TiO223.5％，SiO225％，Al2O317.5％，Fe2O30.33％，CaO 25.5％，MgO 8％，其余为不可避免的杂质。该高炉渣的SEM图如图1、2所示，由图1、2可知：高炉渣表面粗糙有微小细孔，使高炉渣对亚甲基蓝染料废水处理具有一定吸附作用。实施例1-4中使用的30％(质量分数)H2O2。实施例1-4中使用的亚甲基蓝染料废水浓度为200mg/L，pH为6.5，对其色度和COD进行检测，结果如表1所示。
实施例1
利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，具体实验步骤如下：
a.将上述高炉渣进行预处理：粉碎，研磨，洗涤，烘干，过80目筛；
b.取部分亚甲基蓝染料废水，向其中加入高炉渣，高炉渣加入量为1.0g/L，调节pH为1后分四次滴加H2O2，H2O2的加入量为2ml/L；
c.控制光照强度16W，在光照条件下搅拌反应2h，减压过滤，得到处理后亚甲基蓝染料废水，对其进行检测，结果如表1所示。
实施例2
利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，具体实验步骤如下：
a.将上述高炉渣进行预处理：粉碎，研磨，洗涤，烘干，过80目筛；
b.取部分亚甲基蓝染料废水，向其中加入高炉渣，高炉渣加入量为1.0g/L，调节pH为3后分四次滴加H2O2，H2O2的加入量为2ml/L；
c.控制光照强度16W，在光照条件下搅拌反应2h，减压过滤，得到处理后亚甲基蓝染料废水，对其进行检测，结果如表1所示。
实施例3
利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，具体实验步骤如下：
a.将上述高炉渣进行预处理：粉碎，研磨，洗涤，烘干，过80目筛；
b.取部分亚甲基蓝染料废水，向其中加入高炉渣，高炉渣加入量为1.0g/L，调节pH为5后分四次滴加H2O2，H2O2的加入量为2ml/L；
c.控制光照强度16W，在光照条件下搅拌反应2h，减压过滤，得到处理后亚甲基蓝染料废水，对其进行检测，结果如表1所示。
实施例4
利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，具体实验步骤如下：
a.将上述高炉渣进行预处理：粉碎，研磨，洗涤，烘干，过80目筛；
b.取部分亚甲基蓝染料废水，向其中加入高炉渣，高炉渣加入量为1.0g/L，调节pH为5后分四次滴加H2O2，H2O2的加入量为2ml/L；
c.在非光照条件下搅拌反应2h，减压过滤，得到处理后亚甲基蓝染料废水，对其进行检测，结果如表1所示。
表1实施例1-4中亚甲基蓝废水的色度和COD检测结果
由实施例1-4可知，本发明利用高炉渣降解亚甲基蓝染料废水的方法，亚甲基蓝染料废水色度的去除率＞90％；亚甲基蓝染料废水COD去除率＞73％；本发明的方法在非光照条件/光照条件下对亚甲基蓝染料废水都具有良好的处理效果。
本领域技术人员知晓，传统均相Fenton处理废水的方法需要控制pH为2-3，控制难度大，后续处理的难度和成本很高，传统均相Fenton处理废水的方法当其pH超过范围时，其采用的催化剂将失去催化作用。而本发明的方法具有较宽的pH选择范围，并且向中性方向移动，这为后续调节酸度降低了难度，进一步控制了生产成本。
Claims (10)
1.利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：向亚甲基蓝染料废水中添加高炉渣和H2O2，调节pH至1-5，在室温下搅拌，充分反应后减压过滤，通过非均相类Fenton反应，完成对亚甲基蓝染料废水的降解。
2.根据权利要求1所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：所述反应在光照条件下进行。
3.根据权利要求1所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：所述高炉渣的组成成分按质量百分比为TiO222-25％，SiO222-26％，Al2O316-19％，Fe2O30.22-0.44％，CaO 22-29％，MgO 7-9％，其余为不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：所述高炉渣经破碎，研磨，洗涤，烘干，过筛80目后使用。
5.根据权利要求1所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：所述亚甲基蓝染料废水中亚甲基蓝的溶度为5-200mg/L。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：高炉渣的添加量为0.05-0.5g/100ml亚甲基蓝染料废水；H2O2的添加量为0.05-0.5ml/ml亚甲基蓝染料废水。
7.根据权利要求6所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：所述高炉渣的添加量为0.1g/100ml亚甲基蓝染料废水；H2O2的添加量为0.2ml/ml亚甲基蓝染料废水。
8.根据权利要求1所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：调节pH至3。
9.根据权利要求2所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：光照强度为16W。
10.根据权利要求1所述的利用高炉渣降解亚甲基蓝废水的方法，其特征在于：反应时间为2-4h。
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2022
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