RU2656463C1 - Method for destruction of organic dyes in waste water - Google Patents
Method for destruction of organic dyes in waste water Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656463C1 RU2656463C1 RU2017146074A RU2017146074A RU2656463C1 RU 2656463 C1 RU2656463 C1 RU 2656463C1 RU 2017146074 A RU2017146074 A RU 2017146074A RU 2017146074 A RU2017146074 A RU 2017146074A RU 2656463 C1 RU2656463 C1 RU 2656463C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalyst
- organic dyes
- destruction
- cobalt
- dye
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/75—Cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/72—Treatment of water, waste water, or sewage by oxidation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Removal Of Specific Substances (AREA)
- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химической промышленности и охраны окружающей среды и может быть использовано для очистки сточных вод, содержащих органические красители, опасные для здоровья человека и окружающей среды. Особенностью сточных вод подобных производств является их цветность и токсичность, затрудняющая или делающая невозможной очистку традиционным биологическим методом.The invention relates to the field of chemical industry and environmental protection and can be used for wastewater treatment containing organic dyes that are dangerous to human health and the environment. A feature of the wastewater of such industries is their color and toxicity, which makes it difficult or impossible to purify using the traditional biological method.
В настоящее время каталитическая деструкция примесей органических веществ, в том числе органических красителей в сточных водах пероксидом водорода с помощью гетерогенных катализаторов, содержащих ионы переходных металлов, представляет собой эффективную альтернативу биологическим и адсорбционным способам очистки. Для увеличения эффективности процесса применяют ультрафиолетовое излучение.Currently, the catalytic destruction of impurities of organic substances, including organic dyes in waste water with hydrogen peroxide using heterogeneous catalysts containing transition metal ions, is an effective alternative to biological and adsorption purification methods. To increase the efficiency of the process, ultraviolet radiation is used.
Известен способ очистки сточных вод от азокрасителей методом каталитического окисления с помощью пероксида водорода [Патент RU 2430890 С1, опубл. 10.10.2011. Бюл. №28]. Катализатор получают путем интеркалирования полигидроксокатиона, содержащего ионы железа и алюминия в природную монмориллонитовую глину, перед применением катализатор прокаливают при 500°С. В работе с помощью катализатора Fe-Al-монтмориллонита окисляют раствор азокрасителя прямого чисто-голубого с концентрацией 0,1 ммоль/л, стехиометрическим количеством пероксида водорода при 30°С. В кислой среде при pH 3,5-5,7 конверсия красителя 99,0% и 97,6% достигнута за 240 минут контакта. При повышении температуры до 60°С при рН 4,5 конверсия достигает 99,9% за 60 минут. Недостатком метода служит кислая реакционная среда и снижение активности катализатора при повышении рН, а также сложность метода получения катализатора.A known method of wastewater treatment from azo dyes by the method of catalytic oxidation using hydrogen peroxide [Patent RU 2430890 C1, publ. 10/10/2011. Bull. No. 28]. The catalyst is obtained by intercalating a polyhydroxocation containing iron and aluminum ions in natural monmorillonite clay; before use, the catalyst is calcined at 500 ° C. In the work, using a Fe-Al-montmorillonite catalyst, a direct pure blue azo dye solution is oxidized with a concentration of 0.1 mmol / L with a stoichiometric amount of hydrogen peroxide at 30 ° C. In an acidic environment at pH 3.5-5.7, dye conversion of 99.0% and 97.6% was achieved in 240 minutes of contact. When the temperature rises to 60 ° C at pH 4.5, the conversion reaches 99.9% in 60 minutes. The disadvantage of this method is the acidic reaction medium and a decrease in the activity of the catalyst with increasing pH, as well as the complexity of the method of producing the catalyst.
Известен способ фотодеструкции органических красителей [El-Behy Z.M., Mohamed М.М., Zidan F.I. Photo-degradation of acid green dye over Co-ZSM-5 technique // Journal of Hazardous Materials. 2008. V. 153. P. 364-371.] Катализатор получают пропиткой по влагоемкости цеолита ZSM-5 раствором нитрата кобальта в количестве от 2 до 30 масс. %. Окисление органического красителя кислотного зеленого с концентрацией 50 мг/л осуществляют с помощью пероксида водорода в количестве 614,1 ммоль/л и ультрафиолетовой ртутной лампы с излучением длиной волны 254 нм. При содержании катализатора 0,3 г/л, рН раствора, равном 8, и содержании кобальта в катализаторе 10 масс. % конверсия красителя составляет 93% через пять минут реакции. Недостатком является сложность аппаратурного оформления и вторичное загрязнение сточной воды ионами кобальта. Концентрация кобальта, вымываемого в раствор с поверхности катализатора, составляет 2,6 мг/л, что превышает предельно допустимую концентрацию в 26 раз.A known method of photodegradation of organic dyes [El-Behy Z.M., Mohamed M.M., Zidan F.I. Photo-degradation of acid green dye over Co-ZSM-5 technique // Journal of Hazardous Materials. 2008. V. 153. P. 364-371.] The catalyst is obtained by impregnation of the ZSM-5 zeolite by the moisture capacity of a solution of cobalt nitrate in an amount of from 2 to 30 mass. % The oxidation of the organic dye acid green with a concentration of 50 mg / l is carried out using hydrogen peroxide in the amount of 614.1 mmol / l and a mercury vapor lamp with a wavelength of 254 nm. When the catalyst content of 0.3 g / l, the pH of the solution equal to 8, and the cobalt content in the catalyst of 10 mass. % dye conversion is 93% after five minutes of reaction. The disadvantage is the complexity of the hardware design and secondary pollution of wastewater with cobalt ions. The concentration of cobalt leached into the solution from the surface of the catalyst is 2.6 mg / L, which exceeds the maximum permissible concentration by 26 times.
Наиболее близким по техническому решению является способ окислительной деструкции органических красителей в водной фазе [Конькова Т.В., Просвирин И.П., Алехина М.Б., Скорникова С.А. Кобальтосодержащие катализаторы на основе Al2O3 для окислительной деструкции органических красителей в водной фазе. // Кинетика и Катализ. 2015. Том 56. №2. С. 207-213]. Катализатор получают пропиткой промышленных гранулированных образцов оксида алюминия нитратом кобальта, при этом содержание кобальта в катализаторе в пересчете на металл составляет 0,4-3 масс. %. Деструкцию красителя осуществляют в интервале рН от 4 до 9. Вымывание ионов кобальта в раствор в зависимости от рН и количества нанесенного кобальта составляет 0,037-0,270 мг/л. Недостатком метода является невысокая степень окислительной деструкции органического красителя, лежащая в пределах 70,4-89,2% и относительно длительное время конверсии, составляющее 120 мин.The closest in technical solution is the method of oxidative destruction of organic dyes in the aqueous phase [Konkova TV, Prosvirin IP, Alekhina MB, Skornikova SA Cobalt-containing catalysts based on Al 2 O 3 for the oxidative destruction of organic dyes in the aqueous phase. // Kinetics and Catalysis. 2015. Volume 56. No. 2. S. 207-213]. The catalyst is obtained by impregnation of industrial granular samples of aluminum oxide with cobalt nitrate, while the content of cobalt in the catalyst in terms of metal is 0.4-3 mass. % The dye is degraded in the pH range from 4 to 9. The leaching of cobalt ions into the solution, depending on the pH and the amount of cobalt deposited, is 0.037-0.270 mg / l. The disadvantage of this method is the low degree of oxidative degradation of the organic dye, lying in the range of 70.4-89.2% and a relatively long conversion time of 120 minutes.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение степени деструкции органических красителей при одновременном уменьшении времени обесцвечивания раствора и соответственно увеличение эффективности процесса и снижение вторичного загрязнения сточной воды ионами кобальта.The technical task of the invention is to increase the degree of destruction of organic dyes while reducing the time of decolorization of the solution and, accordingly, increasing the efficiency of the process and reducing secondary pollution of wastewater with cobalt ions.
Поставленная цель достигается тем, что деструкцию органических красителей проводят в сточных водах путем их окислении пероксидом водорода в присутствии катализатора, представляющего собой алюминат кобальта на носителе из γ-Al2O3, содержащем кобальт в количестве 0,2-0,3 масс. % в пересчете на металл, при этом окисление ведут при рН воды, равном 6-8, и при температуре 60°С.This goal is achieved in that the destruction of organic dyes is carried out in wastewater by oxidation with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst, which is cobalt aluminate on a carrier of γ-Al 2 O 3 containing cobalt in an amount of 0.2-0.3 mass. % in terms of metal, while the oxidation is carried out at a water pH of 6-8, and at a temperature of 60 ° C.
Катализатор получают методом пропитки по влагоемкости носителя γ-Al2O3, имеющего удельную поверхность не менее 200 м2/г раствором нитрата кобальта с концентрацией не более 0,13 моль/л с последующим прокаливанием полученного материала при температуре 600°С в течение 2 часов для образования алюмината кобальта на поверхности носителя.The catalyst is obtained by impregnation of the γ-Al 2 O 3 support by the moisture capacity of the support, having a specific surface area of at least 200 m 2 / g of a cobalt nitrate solution with a concentration of not more than 0.13 mol / L, followed by calcination of the resulting material at a temperature of 600 ° C for 2 hours for the formation of cobalt aluminate on the surface of the carrier.
С уменьшением содержания кобальта возрастает адсорбция красителя на поверхности катализатора вблизи активных центров, образующих ОН-радикалы, в связи с чем достигается большая эффективность использования окислителя пероксида водорода. Таким образом, снижение содержания активного компонента кобальта в поверхностном слое катализатора приводит к повышению эффективности процесса деструкции красителей, что выражается в увеличении степени обесцвечивания раствора красителя и сокращении продолжительности очистки сточной воды. Кроме того, при снижении количества кобальта в катализаторе уменьшается его вымывание в раствор и вторичное загрязнение сточной воды.With a decrease in the cobalt content, the adsorption of the dye on the catalyst surface near the active centers forming OH radicals increases, and therefore, a greater efficiency of using a hydrogen peroxide oxidizer is achieved. Thus, a decrease in the content of the active component of cobalt in the surface layer of the catalyst leads to an increase in the efficiency of the process of dye degradation, which is reflected in an increase in the degree of decolorization of the dye solution and a decrease in the duration of wastewater treatment. In addition, with a decrease in the amount of cobalt in the catalyst, its leaching into the solution and secondary pollution of wastewater are reduced.
Способ подтверждается следующими примерами:The method is confirmed by the following examples:
1. К раствору азокрасителя кармуазина с концентрацией 20 мг/л добавляют катализатор 10 г/л с содержанием кобальта в пересчете на металл 0,25 масс. %, краситель окисляют пероксидом водорода в количестве 20 ммоль/л, который добавляют дробно равными порциями в течение процесса окисления, катализ проводят при 60°С и рН 7. Степень деструкции кармуазина за 1 час контакта составляет 98,1%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,042 мг/л, что не превышает норм ПДК.1. To a solution of azo dye karmuazina with a concentration of 20 mg / l add a catalyst of 10 g / l with a cobalt content in terms of metal of 0.25 mass. %, the dye is oxidized with hydrogen peroxide in an amount of 20 mmol / L, which is added fractionally in equal portions during the oxidation process, catalysis is carried out at 60 ° C and pH 7. The degree of destruction of karmuazin for 1 hour of contact is 98.1%, the concentration of cobalt ions in a solution of 0.042 mg / l, which does not exceed the MPC.
2. К раствору красителя кислотного алого с концентрацией 10 мг/л добавляют катализатор 3 г/л с содержанием кобальта в пересчете на металл 0,3 масс. %, катализ проводят при температуре 60°С, рН 6, количество пероксида водорода - 10 ммоль/л. Степень деструкции красителя за 1 час контакта составляет 99,0%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,015 мг/л, что не превышает норм ПДК.2. To a solution of acid scarlet dye with a concentration of 10 mg / l add a catalyst of 3 g / l with a cobalt content in terms of metal of 0.3 mass. %, catalysis is carried out at a temperature of 60 ° C, pH 6, the amount of hydrogen peroxide is 10 mmol / L. The degree of degradation of the dye for 1 hour of contact is 99.0%, the concentration of cobalt ions in the solution is 0.015 mg / l, which does not exceed the MPC.
3. К раствору красителя синозола с концентрацией 30 мг/л добавляют катализатор 10 г/л с содержанием кобальта в пересчете на металл 0,2 масс. %, краситель окисляют пероксидом водорода в количестве 30 ммоль/л, катализ проводят при 60°С и рН 8. Степень деструкции красителя за 1 час контакта составляет 99,7%, концентрация ионов кобальта в растворе 0,020 мг/л, что не превышает норм ПДК.3. To the solution of the dye Sinosol with a concentration of 30 mg / l add a catalyst of 10 g / l with a cobalt content in terms of metal of 0.2 mass. %, the dye is oxidized with hydrogen peroxide in an amount of 30 mmol / l, catalysis is carried out at 60 ° C and pH 8. The degree of dye degradation per 1 hour of contact is 99.7%, the concentration of cobalt ions in the solution is 0.020 mg / l, which does not exceed normal MPC.
Эффективность окислительной деструкции органических красителей в сточных водах в присутствии кобальтсодержащего катализатора при содержании кобальта в катализаторе в количестве 0,2-0,3 масс. % представлены в таблице 1.The efficiency of oxidative destruction of organic dyes in wastewater in the presence of a cobalt-containing catalyst with a cobalt content in the catalyst in an amount of 0.2-0.3 mass. % are presented in table 1.
В таблице 2 приведена сравнительная характеристика эффективности предлагаемого способа и прототипа. Проводилась деструкция азокрасителя кармуазина с концентрацией 20 мг/л.Table 2 shows a comparative characteristic of the effectiveness of the proposed method and prototype. The destruction of the azo dye karmuazin with a concentration of 20 mg / L.
Как видно из таблиц 1 и 2, предлагаемый способ позволяет увеличить степень обесцвечивания растворов органических красителей с 70,4-89,2% до 97,3-99,0%, а также уменьшить время деструкции с 120 до 60 минут по сравнению с прототипом. Эффективность от применения предлагаемого способа обусловлена повышением степени окислительной деструкции органических красителей на 9,8-26,9% и уменьшением времени очистки в 2 раза. Концентрация ионов кобальта в растворе не превышает предельно допустимую концентрацию, таким образом, уменьшается вторичное загрязнение сточной воды.As can be seen from tables 1 and 2, the proposed method allows to increase the degree of discoloration of solutions of organic dyes from 70.4-89.2% to 97.3-99.0%, and also to reduce the time of destruction from 120 to 60 minutes compared to the prototype . The effectiveness of the application of the proposed method is due to an increase in the degree of oxidative degradation of organic dyes by 9.8-26.9% and a decrease in cleaning time by 2 times. The concentration of cobalt ions in the solution does not exceed the maximum permissible concentration, thus, secondary pollution of wastewater is reduced.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146074A RU2656463C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Method for destruction of organic dyes in waste water |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017146074A RU2656463C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Method for destruction of organic dyes in waste water |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2656463C1 true RU2656463C1 (en) | 2018-06-05 |
Family
ID=62560284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017146074A RU2656463C1 (en) | 2017-12-27 | 2017-12-27 | Method for destruction of organic dyes in waste water |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2656463C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111420665A (en) * | 2020-04-26 | 2020-07-17 | 万华化学集团股份有限公司 | Modified Fenton-like catalyst, preparation method and application |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031858C1 (en) * | 1992-01-27 | 1995-03-27 | Тамбовский филиал Межхозяйственного объединения "Полимаш" | Method of sewage treatment from dyes |
| RU2430890C1 (en) * | 2010-01-26 | 2011-10-10 | Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Method of purifying waste water from azo dyes |
-
2017
- 2017-12-27 RU RU2017146074A patent/RU2656463C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2031858C1 (en) * | 1992-01-27 | 1995-03-27 | Тамбовский филиал Межхозяйственного объединения "Полимаш" | Method of sewage treatment from dyes |
| RU2430890C1 (en) * | 2010-01-26 | 2011-10-10 | Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) | Method of purifying waste water from azo dyes |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| КОНЬКОВА Т.В. и др. Кобальтсодержащие катализаторы на основе оксида алюминия для окислительной деструкции органических красителей. Кинетика и катализ, 56, 2, 2015, с. 207-213. * |
| КОНЬКОВА Т.В. и др. Кобальтсодержащие катализаторы на основе оксида алюминия для окислительной деструкции органических красителей. Кинетика и катализ, 56, 2, 2015, с. 207-213. ПАПКОВА М.В. и др. Катализаторы на основе цеолитов для окислительной деструкции органических соединений. Успехи в химии и химической технологии, XXVI, 8, с.43-47. ЧАН ТХИ ТХУН и др. Окислительная деструкция красителя метилового фиолетового. Научные ведомости, сер. Естественные науки, 2015, 8 (206). в. 31, с. 104-106. * |
| ПАПКОВА М.В. и др. Катализаторы на основе цеолитов для окислительной деструкции органических соединений. Успехи в химии и химической технологии, XXVI, 8, с.43-47. * |
| ЧАН ТХИ ТХУН и др. Окислительная деструкция красителя метилового фиолетового. Научные ведомости, сер. Естественные науки, 2015, 8 (206). в. 31, с. 104-106. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111420665A (en) * | 2020-04-26 | 2020-07-17 | 万华化学集团股份有限公司 | Modified Fenton-like catalyst, preparation method and application |
| CN111420665B (en) * | 2020-04-26 | 2022-09-20 | 万华化学集团股份有限公司 | Modified Fenton-like catalyst, preparation method and application |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Barrault et al. | Catalytic wet peroxide oxidation (CWPO) of phenol over mixed (AlCu)-pillared clays | |
| ES2181612T3 (en) | Mineralization procedure of organic water pollutants by catalytic ozoneation | |
| CA2212869C (en) | Photocatalyst compound and process for production thereof | |
| FI94125C (en) | Catalyst for the decomposition of an oxidizing agent such as hypohalite ions and the use of a catalyst | |
| US20160339387A1 (en) | Ammonia decomposition catalyst | |
| CN109794260A (en) | A kind of preparation method and ozone oxidation catalyst of ozone oxidation catalyst | |
| Chirchi et al. | Use of various Fe-modified montmorillonite samples for 4-nitrophenol degradation by H2O2 | |
| Santiago et al. | Photocatalytic treatment of water containing imazalil using an immobilized TiO2 photoreactor | |
| RU2656463C1 (en) | Method for destruction of organic dyes in waste water | |
| CN109179559B (en) | Method for catalytically degrading arylamine wastewater by using photocatalytic material | |
| JP2012091167A (en) | Method for treating water containing nutrient salts and oxidizing substance | |
| Bengotni et al. | Effect of diatomite addition on crystalline phase formation of TiO 2 and photocatalytic degradation of MDMA | |
| US20110042326A1 (en) | Photocatalytically active tio2-molded bodies | |
| Jaafara et al. | Significant effect of ph on photocatalytic degradation of organic pollutants using semiconductor catalysts | |
| AU2010213368A1 (en) | Photocatalyst and method for production | |
| JP4959927B2 (en) | Method for removing sulfur-containing compounds by direct oxidation | |
| CN108906108B (en) | N-SrTiO3Microwave synthesis process of active carbon treatment material and application thereof | |
| CN101837300B (en) | Photocatalysis coupled catalyst based on ozone and preparation method thereof | |
| CN111268758A (en) | Treatment method of phenol wastewater | |
| Chaliha et al. | Catalytic destruction of 4‐chlorophenol in water | |
| JPH08132075A (en) | Treatment of aqueous solution containing ammonia and/or ammonium ion | |
| RU2430890C1 (en) | Method of purifying waste water from azo dyes | |
| RU2301790C1 (en) | Method of oxidizing organic compounds in presence of hydrogen peroxide (variations) | |
| Abdikamalova et al. | Research of the activity of Fe-pillared montmorillonites in aqueous dye solution | |
| Czech | Effect of H 2 O 2 Addition on Phenol Removal from Wastewater Using TiO 2/Al 2 O 3 as Photocatalyst |