CN114506916A - 一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法 - Google Patents

一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法 Download PDF

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何慧军
刘崇敏
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Abstract

本发明公开了一种基于天然黄铁矿(FeS2)活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，属于高级氧化和环境有机污染物降解技术领域。其方法为：向活性黑5有机废水中加入过200目筛的过硫酸盐和黄铁矿，常温常压下，通过震荡或搅拌，用黄铁矿活化过硫酸盐产生SO4 ‑·自由基降解活性黑5。本体系pH适用范围广且对活性黑5的去除率最高可达97％。本发明所用的主要原材料黄铁矿为自然界广泛存在的天然矿石，价格低廉，同时降解过程中不需要提供光、超声等其他能量，操作简单，易于推广。因此，在处理受染料活性黑5污染的水体领域具有良好的应用前景。

Description

一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法
技术领域
本发明属于高级氧化和环境有机污染物降解技术领域，具体涉及一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法。
背景技术
染料广泛用于纺织、皮革、食品等行业中，染料在使用过程中，会产生的大量的染料废水和印染废水，这些废水有机物浓度高、色度大，难以用传统的生化法进行处理。据统计全球每年经各种渠道产生的染料废水高达100万吨，偶氮染料废水约占75％，其中活性黑5使用广泛，泄露到环境中严重污染水体和生态平衡。
以羟基自由基为主要活性物种氧化有机污染物的高级氧化技术一直备受关注。高级氧化技术(AOPs)具有氧化能力强、选择性小、反应速率快和处理效率高等特点。其中传统高级氧化技术以过氧化氢(H2O2)为氧化剂，但其为液体，不便于运输，常温下还易分解。过硫酸盐为固体容易储存，且产生的硫酸根自由基(SO4 -·)相比于·OH，氧化电位高和停留时间长，在酸性和中性条件下比较稳定，因此基于SO4 -·自由基的新型高级氧化技术在废水处理中前景广阔。
传统的基于过硫酸盐的高级氧化处理技术主要依赖于光能、热能或者过渡金属等均相活化过程，常常需要提供能量或添加的过渡金属(如钴、铜等)具有一定的环境毒性。因此，开发具有环境友好、效率高的非均相催化剂目前是研究热点之一。
发明内容
为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，用黄铁矿直接活化过硫酸盐产生SO4 -·，降解染料废水。本发明的方法具有降解效率高、成本低廉、操作简单，安全环保等特点。
本发明的技术方案：
一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，包括如下步骤：常温常压下，向染料活性黑5废水中加入过硫酸钠和黄铁矿(过200目筛)，通过震荡或搅拌，用黄铁矿活化过硫酸盐产生SO4 -·自由基降解废水中的偶氮染料。
优选的，所述过硫酸盐一般为过硫酸钠或过硫酸钾。
优选的，所述染料活性黑5为工业常用的偶氮染料。
优选的，所述黄铁矿为天然黄铁矿研磨粉碎后过200目筛的粉末颗粒。
优选的，所述废水pH<9时，无需调整。
优选的，所述过硫酸盐(mmol/L)、黄铁矿(g/L)、活性黑5(mg/L)浓度比值为5～20:1～2:75～225。
本发明的有益效果为：
1、用黄铁矿活化过硫酸盐构成了一种氧化还原体系产生强氧化性活性物质SO4 -·，降解废水中的活性黑5，对其有很好的脱色效果。
2、本发明所用黄铁矿为天然矿物，来源广泛，价格低廉；本发明所用黄铁矿活化过硫酸盐体系适用pH范围广，酸性废水无需调节，而碱性废水除pH>9，黄铁矿都可把废水pH缓冲至3左右，从而高效降解染料废水。此方法不需要消耗其他额外能量，工艺简单，可操作性强，具有广阔应用前景。
附图说明
图1为单独投加天然黄铁矿、单独投加过硫酸盐和天然黄铁矿/过硫酸盐对活性黑5降解的影响；
图2为过硫酸盐浓度对活性黑5降解的影响；
图3为天然黄铁矿浓度对活性黑5降解的影响；
图4为溶液初始pH对活性黑5降解的影响。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的以及有益效果易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
向装有50mg/L活性黑5废水的锥形瓶中加入过硫酸钠，浓度为4mmol/L，摇匀后加入浓度为0.4g/L的黄铁矿，无需调节pH，放在30℃，160转的摇床内反应60min。图1为黄铁矿、过硫酸钠和黄铁矿/过硫酸钠分别降解活性黑5的效果图，其中黄铁矿和过硫酸钠单独的作用时，活性黑5基本不降解；两者共同作用60min后，活性黑5的降解率为94.1％，表明过硫酸钠在黄铁矿的作用下可以高效降解活性黑5。
实施例2
向装有50mg/L活性黑5废水的锥形瓶中加入过硫酸钠，浓度为1、2、4、6、8mmol/L，摇匀后加入浓度为0.4g/L的黄铁矿，无需调节pH，放在30℃，160转的摇床内反应60min。图2为具体效果图。随着过硫酸钠浓度的增加，活性黑5的降解率从79.2％增加到95.5％。过硫酸钠浓度越高越有利于活性黑5的降解，但过量会导致不必要的消耗。
实施例3
向装有50mg/L活性黑5废水的锥形瓶中加入过硫酸钠，浓度为4mmol/L，摇匀后加入浓度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8g/L的黄铁矿，无需调节pH，放在30℃，160转的摇床内反应60min。随着黄铁矿浓度的增加，活性黑5的降解率从58.8％增加到97.3％。黄铁矿作为活性剂，浓度越高越有利于活性黑5的降解，但过量会导致不必要的消耗。
实施例4
向装有50mg/L活性黑5废水的锥形瓶中加入过硫酸钠，浓度为4mmol/L，摇匀后加入浓度为0.4g/L的黄铁矿，将溶液pH分别调节至3、5、7、9、11，放在30℃，160转的摇床内反应60min。如图4所示，pH＝3～9范围内，活性黑5的降解率均在80％以上，且随着pH的降低，降解率从84.5％增加到96％，说明黄铁矿/过硫酸钠体系对废水初始pH的适应范围广，且能保持较高的降解率；而当pH＝11时，活性黑5的降解率仅为22.7％，所以当废水初始pH过高时需要稍微调节pH至黄铁矿/过硫酸钠体系的优选pH范围内。
对所公开的实施例的上述说明具有较佳的降解效果，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，本文中所述效果可以在不脱离本发明的原理的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的范围。

Claims (6)

1.一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，其特征在于，具体步骤如下：常温常压下，向染料活性黑5废水中加入过硫酸盐和黄铁矿，震荡或搅拌以促反应，对所述有机废水进行降解。
2.如权利要求1所述的一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，其特征在于：加入过硫酸盐和黄铁矿后，除废水初始pH>9外，无需调节pH，pH适用范围广。
3.如权利要求1所述的一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，其特征在于：所述过硫酸盐一般为过硫酸钠或过硫酸钾。
4.如权利要求1所述的一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，其特征在于：所述黄铁矿为自然界广泛存在的天然矿石，经粉碎过200目筛的粉末颗粒。
5.如权利要求1所述的一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，其特征在于：所述染料活性黑5为工业常用的偶氮染料。
6.如权利要求1所述的一种基于天然黄铁矿活化过硫酸盐降解染料活性黑5的方法，其特征在于：所述过硫酸盐(mmol/L)、黄铁矿(g/L)、活性黑5(mg/L)浓度比值为5～20:1～2:75～225。
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