專利名稱：一種光催化氧化降解含染料廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種采用Pt納米線作為光催化劑在太陽光 照射下降解含有染料的廢水的方法。
背景技術(shù)：
隨著紡織工業(yè)的迅速發(fā)展，染料的品種和數(shù)量日益增加，染料生產(chǎn)和印染廢水已 成為水環(huán)境的重點污染源之一。據(jù)統(tǒng)計，在染料生產(chǎn)過程中，每生產(chǎn)1噸染料，要隨廢水損 失2%的產(chǎn)品。而在印染過程中損失量更大，為所用染料的10%左右。染料廢水具有色度 高、無機鹽含量高、成份復(fù)雜、可生化性差、脫色困難等特點，且含有多種具有生物毒性或?qū)?致“三致”(致癌、致畸、致突變)性能的有機物。廢水中殘存的染料組分即使?jié)舛群艿?，?入水體亦會造成水體的透光率降低，而最終將導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)的破壞。因此，能有效的處 理染料廢水具有重要的理論和現(xiàn)實意義。目前，對染料廢水的處理方法主要包括物理法、生化法、化學(xué)法等?；钚蕴渴且环N 常用的物理法，但由于不易再生，處理效果不理想，使它的應(yīng)用受到限制；膜分離技術(shù)20世 紀(jì)已開始工業(yè)化應(yīng)用，應(yīng)用于染料廢水處理方面主要是超濾和反滲透，但是由于濃差極化 和膜污染等問題的存在，導(dǎo)致運行中滲透通量隨運行時間的延長而下降，同時膜的價格較 貴，更換頻率較快，因此處理成本較高，從而嚴重阻礙膜分離技術(shù)的更大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用。 生物法因其運行成本低、處理效果好而得到廣泛應(yīng)用，但是對色度的去除率卻不太理想?；?學(xué)氧化和電化學(xué)氧化的處理成本相對較高，特別是高級氧化法目前大多處于實驗室研究階 段，尚未得到實際應(yīng)用。零價鐵還原法雖然一直是處理染料廢水的一種重要方法，但是普通 零價鐵的還原速度較慢、效率較低。而近些年來發(fā)展起來的光化學(xué)方法為解決環(huán)境中有毒 有害的難降解持久性有機物的處理提供了良好的解決途徑。專利號為200610024195. 9的中國發(fā)明專利公開了 “一種降解廢水中孔雀石綠的 方法”，該工藝使用185nm紫外光降解廢水中含量為10mg/L的孔雀石綠，將廢水按40-160L/ h的流速在光反應(yīng)器中進行循環(huán)，40min內(nèi)降解率達到99%以上。但是，該工藝僅僅適用于 降解孔雀石綠。申請?zhí)枮?3137562. 6的中國發(fā)明專利申請公開說明書公開了“一種用于染料廢 水處理的光催化氧化方法”，該法使用顆粒狀Ti02光催化劑和流化床反應(yīng)器，并且使用低功 率的紫外燈作為電光源照射，同時鼓入空氣，使催化劑在反應(yīng)器內(nèi)呈流化狀態(tài)，該方法對染 料脫色率可達到69-95 %，總有機碳去除率47-75 %。該方法需要流化床、紫外燈等設(shè)備。光化學(xué)方法常用的光源主要人造光源和太陽光兩種。人造光源通常是使用高壓紫 外燈作為光源，一方面，會有大量的光能轉(zhuǎn)化為熱能，能量散失，光利用率低；另一方面，這 種光源需要配置穩(wěn)壓裝置和冷卻系統(tǒng)，這樣就會導(dǎo)致操作復(fù)雜，費用增加。而太陽光則更加 經(jīng)濟，操作更加簡單。因此，為了更好解決染料廢水污染問題，就需要一種高效、簡單、經(jīng)濟而安全的處
理方法。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種光催化氧化降解含染料廢水的方法。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種光催化氧化降解含染料廢水的 方法，在自然光照條件下，攪拌條件下，使光催化劑在含染料的廢水中懸浮分散，利用空氣 中的氧氣催化氧化降解廢水中的染料，回收利用光催化劑；所述光催化劑為直徑小于3nm 的鉬(Pt)納米線；具體包括以下步驟(1)以直徑小于3nm的鉬(Pt)納米線為光催化劑，在待處理的含染料廢水中加入 光催化劑，在自然光照條件下，攪拌條件下，使光催化劑在含染料的廢水中懸浮分散，催化 氧化反應(yīng)2 480分鐘；(2)停止攪拌，鉬(Pt)納米線沉入水底，排出上層處理過廢水，回收光催化劑，用 水沖洗2-3遍干凈后可以重復(fù)使用。上述技術(shù)方案中，每1L廢水需加入光催化劑10-100mg ；所述光催化劑Pt納米 線的制備方法為現(xiàn)有技術(shù)，可以參考Angew. Chem. Int. Ed. 2007，46，6333-6335上的文獻 “合成 Fe-Pt 納米線和納米棒的通用方法”(A GeneralStrategy for Synthesizing FePt Nanowires and Nanorods)，具體為先制備Fe_Pt納米線，然后將Fe_Pt納米線分散于甲醇 溶液中，再加入鹽酸HC1和醋酸HAc在60-70°C下分別攪拌1_3小時除去外層Fe后離心制 得。上述技術(shù)方案中，所述催化氧化反應(yīng)在空氣環(huán)境中太陽光照射下進行。如果太陽 光照不到的地方，可以用紅外燈來作為光源。上述技術(shù)方案中，所述含染料的廢水中的染料包括但不限于羅丹明b、弱酸性桃 紅B、分散深藍HGL、分散藍2BLN、酸性桃GS、靛K-3R、酸性艷紅10B、染料D1、耐曬翠蘭GL、 螢光黃8GFF、水溶性紫色染料
^■人、
水溶性黃色染料 &或水溶性茶色染料 1優(yōu)選的技術(shù)方案中，廢水中染料的濃度為5-60mg/L。由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明采用自然光為光源，利用Pt納米線為光催化劑，催化氧化降解廢水中的 染料，由于選用太陽光作為光源，因此具有節(jié)約能源，成本低，操作簡單的優(yōu)點；而Pt納米 線光催化活性高，性能穩(wěn)定，再生簡單，能重復(fù)利用，不會引起二次污染，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)
2、本發(fā)明中采用Pt納米線，通過攪拌的方式即可在廢水中懸浮分散，不需要使用 流化床等設(shè)備，對設(shè)備和工藝要求不高；如果使用納米顆粒，在攪拌過程中會發(fā)生一定程度 的團聚，影響催化效果；3、本發(fā)明的技術(shù)方案適用范圍廣，對多種難降解的染料化合物的光催化降解效果 較好，無論是偶氮的還是非偶氮的，酸性的還是堿性的，都有很好降解效果，而且不需要特 殊處理。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步描述以下實施例模擬染料廢水為工業(yè)常用染料和去離子水。所用儀器主要有U-3900紫外可見光度計，磁力攪拌器等。在一定濃度范圍內(nèi)，染料的濃度與它的吸光度符合朗伯_比耳定律吸光度、溶液的濃度及液層厚度之間的關(guān)系如下A = e be(A為吸光度，￡為摩爾吸光系數(shù)，b為液池厚度，c為溶液濃度)。以下實施例利用此原理在一定的濃度范圍內(nèi)用紫外可見分光光度計測定降解前 后溶液中染料的濃度。根據(jù)以下公式計算染料去除率y = ((C0-Ce)/C0) X100%式中y代表去除率C。和(；分別代表初始和最終染料的濃度。實施例一在本實施例中選取羅丹明b為研究對象，模擬染料廢水。配制5mg/L的羅丹明b溶液50mL，取Pt納米線0. 5-0. 8mg,放置在磁力攪拌器上 攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，2min后樣品取出離心分離，上清液用紫外可見分光光度計 測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)達到94.6%，溶液最后變成無色澄清 液。實施例二在本實施例中選取羅丹明b為研究對象，模擬染料廢水。配制10mg/L的羅丹明b溶液50mL，取Pt納米線2. 5-3. Omg,放置在磁力攪拌器上 攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，分別在反應(yīng)不同時間段取樣，樣品取出后離心分離，上清 液用紫外可見分光光度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)。隨著反應(yīng) 時間增加，液體顏色逐漸變淺，最后變成無色澄清液。實驗結(jié)果如下 反應(yīng)結(jié)束后將燒杯靜置，Pt納米線沉入燒杯底部，倒出上層清夜，將Pt線用清水洗后離心重復(fù)利用。繼續(xù)往燒杯中加10mg/L的羅丹明b溶液，數(shù)分鐘后染料液變?yōu)闊o色， 染料的去除率(脫色率)達到95%以上。將Pt納米線這樣重復(fù)使用4次后，染料溶液最后 還是呈現(xiàn)無色，染料去除率也達到90%以上。實施例三在本實施例中選取羅丹明b為研究對象，模擬染料廢水。配制50mg/L的羅丹明b溶液50mL，取Pt納米線2. 5-3. Omg,放置在磁力攪拌器上 攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，8h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度計 測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為89.8%。實施例四在本實施例中選取弱酸性桃紅B為研究對象，模擬染料廢水。配制20mg/L的弱酸性桃紅B溶液50mL，取Pt納米線2. 5-3. Omg,放置在磁力攪拌 器上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，lh后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光 度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為82. 1%。實施例五在本實施例中選取分散深藍HGL為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的分散深藍HGL溶液50mL，取Pt納米線4. 0-4. 5mg,放置在磁力攪拌 器上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，5h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光 度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為71. 1%。實施例六在本實施例中選取分散藍2BLN為研究對象，模擬染料廢水。配制20mg/L的分散藍2BLN溶液50mL，取Pt納米線3. 5-4. Omg,放置在磁力攪拌 器上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，2h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光 度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為61.0%。實施例七在本實施例中選取酸性桃GS為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的酸性桃GS溶液50mL，取Pt納米線3. 5-4. Omg,放置在磁力攪拌器 上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，3h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度 計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為80. 1%。實施例八在本實施例中選取靛K-3R為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的靛K-3R溶液50mL，取Pt納米線3. 5-4. Omg,放置在磁力攪拌器上 攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，lh后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度計 測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為41.8%。實施例九在本實施例中選取酸性艷10B為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的酸性艷紅10B溶液50mL，取Pt納米線2. 5-3. Omg,放置在磁力攪拌 器上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，8h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光 度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為94.2%。實施例十
6
在本實施例中選取染料D1為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的染料D1溶液50mL，取Pt納米線2. 0-2. 5mg,放置在磁力攪拌器上 攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，lh后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度計 測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為71.3%。實施例i^一在本實施例中選取染料直接耐曬翠蘭GL為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的直接耐曬翠蘭GL溶液50mL，取Pt納米線2. 0-2. 5mg,放置在磁力 攪拌器上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，2h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分 光光度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為67.9%。實施例十二在本實施例中選取染料分散螢光黃8GFF為研究對象，模擬染料廢水。配制25mg/L的分散螢光黃8GFF溶液50mL，取Pt納米線2. 0-2. 5mg,放置在磁力 攪拌器上攪拌，在空氣中暴露于太陽光下，2h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分 光光度計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為68. 8% .實施例十三在本實施例中選取的一種水溶性紫色染料當(dāng)作研究對象，模擬染料廢水。該物質(zhì) 結(jié)構(gòu)如下 配制50mg/L的該染料溶液50mL，取Pt納米線2. 5-3. Omg,放置在磁力攪拌器上攪 拌，在空氣中暴露于太陽光下，1.5h后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度計 測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為93.3%。實施例十四在本實施例中選取一種水溶性藍紫色可當(dāng)作染料的物質(zhì)(參見J.Med. Chem.， 2010,53(1), pp 368-373)為研究對象，模擬染料廢水，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)如下 配制60mg/L的該染料溶液50mL，取Pt納米線4. 5_5mg，放置在磁力攪拌器上攪 拌，在空氣中暴露于太陽光下，lh后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度計測 定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為90.9%。實施例十五 在本實施例中選取一種水溶性黃色亞硝基化合物為研究對象，模擬染料廢水，該 物質(zhì)為多種染料合成的一個中間體，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)如下配制10mg/L的該染料溶液50mL，取Pt納米線1. 5-2. Omg,放置在磁力攪拌器上攪 拌，在空氣中暴露于太陽光下，30min后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度 計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為82.8%。實施例十六在本實施例中選取一種水溶性茶色亞硝基化合物為研究對象，模擬染料廢水，該 物質(zhì)為多種染料合成的一個中間體，該物質(zhì)結(jié)構(gòu)如下 配制10mg/L的該染料溶液50mL，取Pt納米線0. 5-1. Omg,放置在磁力攪拌器上攪 拌，在空氣中暴露于太陽光下，30min后樣品取出后離心分離，上清液用紫外可見分光光度 計測定剩余染料的濃度。計算染料的去除率(脫色率)為84.4%。
權(quán)利要求
一種光催化氧化降解含染料廢水的方法，其特征在于，在自然光照條件下，攪拌條件下，使光催化劑在含染料的廢水中懸浮分散，利用空氣中的氧氣催化氧化降解廢水中的染料，回收利用光催化劑；所述光催化劑為直徑小于3nm的鉑納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，具體包括以下步驟(1)以直徑小于3nm的鉬納米線為光催化劑，在待處理的含染料廢水中加入光催化劑， 在自然光照條件下，攪拌條件下，使光催化劑在含染料的廢水中懸浮分散，催化氧化反應(yīng) 2 480分鐘；(2)停止攪拌，鉬納米線沉入水底，排出上層處理過廢水，回收光催化劑，用水沖洗2-3 遍干凈后可以重復(fù)使用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每1L廢水需加入光催化劑10-100mg。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述含染料的廢水中的染料包括羅丹明 b、弱酸性桃紅B、分散深藍HGL、分散藍2BLN、酸性桃GS、靛K-3R、酸性艷紅10B、染料D1、耐曬翠蘭GL, 熒光黃8GFF, 水溶性姿色染料 水溶性藍紫色染料 水溶性黃色染料 或水容性茶色染料
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，廢水中染料的濃度為5-60mg/L。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種采用Pt納米線作為光催化劑在太陽光照射下降解含有染料的廢水的方法。具體包括以下步驟(1)以直徑小于3nm的鉑納米線為光催化劑，在待處理的含染料廢水中加入光催化劑，在自然光照條件下，攪拌條件下，使光催化劑在含染料的廢水中懸浮分散，催化氧化反應(yīng)20～480分鐘；(2)停止攪拌，鉑納米線沉入水底，排出上層處理過廢水，回收光催化劑，用水沖洗2-3干凈后可以重復(fù)使用。由于選用太陽光作為光源，因此具有節(jié)約能源，成本低，操作簡單的優(yōu)點；而且Pt納米線光催化活性高，性能穩(wěn)定，再生簡單，能重復(fù)利用，不會引起二次污染，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。
文檔編號C02F1/72GK101863524SQ20101019784
公開日2010年10月20日 申請日期2010年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者曹雪琴, 李敏, 洪海燕, 胡磊, 路建美, 郭志強, 顧宏偉 申請人:蘇州大學(xué)