專利名稱：一種利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用紫外光和氧化處理染料廢水的方法，具體的說(shuō)，是一種利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法。
背景技術(shù)：
高級(jí)氧化技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的處理廢水中有毒有害高濃度污染物的新技術(shù)。它的特點(diǎn)是通過(guò)反應(yīng)把氧化性很強(qiáng)的羥基自由基釋放出來(lái)，將大多數(shù)有機(jī)污染物礦化或有效分解，甚至徹底地轉(zhuǎn)化為無(wú)害的小分子無(wú)機(jī)物。根據(jù)所用氧化劑及催化條件的不同，高級(jí)氧化技術(shù)通?？煞譃榱箢?1)化學(xué)氧化法；(2 )化學(xué)催化氧化法；(3 )濕式氧化法；(4)超臨界水氧化法；(5)光化學(xué)氧化法和光化學(xué)催化氧化法；(6)電化學(xué)氧化還原法。其中光化學(xué)氧化法的反應(yīng)條件溫和、氧化能力強(qiáng)、適用范圍廣，利用該法處理難降解有機(jī)污染物已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。目前研究較多的是非均相光催化氧化法和均相光氧化法兩大類。對(duì)于非均相光催化氧化法，目前研究較多的半導(dǎo)體光催化氧化法，該法幾乎可使水中所有的有機(jī)物降解。與非均相光催化氧化法相比，加入03、H2O2, Fenton試劑等氧化劑與光一起作用的均相光氧化法，其氧化能力和光解速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單純的半導(dǎo)體光催化氧化法，是一種十分簡(jiǎn)便的廢水處理技術(shù)，日益受到環(huán)保工作者的重視，國(guó)內(nèi)外已有許多相關(guān)研究報(bào)道(U. S. patent 4012321，U.S. patent 6555835，WO patent 93/08129，中國(guó)專利 200910020021. 9)。印染廢水含有大量的有機(jī)物和鹽份，具有化學(xué)含氧量(COD)高、色澤深、酸堿性強(qiáng)等特點(diǎn)，一直是廢水處理中的難題。常用的幾種均相光氧化方法，例如uv/O3、UV/H2O2、UV/ Fenton等技術(shù)對(duì)印染廢水有一定的處理能力，但是受許多因素的制約，可行性較差。譬如， O3需現(xiàn)場(chǎng)制取，初期建造成本和運(yùn)行費(fèi)用高，且存在氣_液傳質(zhì)問(wèn)題，效率較低。Fenton反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量的金屬氧化物泥渣造成二次污染，而且往往不能使水體完全脫色。UV/H202方法較前兩種方法具有操作運(yùn)行簡(jiǎn)便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但是受水體中共存物質(zhì)影響嚴(yán)重，反應(yīng)選擇性差，試劑消耗量大，運(yùn)行成本高。乙酰丙酮是一個(gè)具有烯醇式和酮式互變異構(gòu)體的小分子雙酮化合物，在催化劑和助催化劑方面，用作氧氣氧化促進(jìn)劑、石油裂解及加氫催化劑、異構(gòu)化催化劑、低級(jí)烯烴的聚合等。乙酰丙酮的烯醇式在紫外區(qū)有較強(qiáng)的吸光截面，在氣相中經(jīng)紫外光照射可產(chǎn)生氫氧自由基。它的液相光化學(xué)迄今為止未有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)現(xiàn)有的染料廢水的處理方法普遍存在的反應(yīng)選擇性差，試劑消耗量大，運(yùn)行成本高等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，可應(yīng)用于印染廢水和受染料污染水體的處理，能夠使染料在紫外光的照射下快速脫色，達(dá)到染料廢水處理的目的。
2、技術(shù)方案
本發(fā)明原理基于高級(jí)氧化技術(shù)的基本原理，結(jié)合乙酰丙酮數(shù)十倍于H2O2的吸收紫外光的能力(乙酰丙酮在275 nm處的摩爾消光系數(shù)為1800 M—1 cnT1，H2O2在254 nm處的摩爾消光系數(shù)為20 M—1 cm—1)以及出色的螯合性能等特點(diǎn)，利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水。技術(shù)方案為
一種利用紫外光_乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，其步驟為
A)加入乙酰丙酮至含染料水體，攪拌混勻；
B)將步驟A)中的含染料水體置于紫外光源下輻照，至染料脫色。其中步驟A之前需要將含染料水體過(guò)濾，除去其中的懸浮物。步驟A中含染料水體中染料的含量在0.5 mM以下，水體pH在9.0以下。步驟A中染料和乙酰丙酮的摩爾濃度比為1:2 - 1:5，于5-40°C在0. 1-10 mW/cm2的輻照?qǐng)鰞?nèi)照射0. 5 - 4 h，可使染料溶液的脫色率高于99%。步驟B中的紫外光源可為任何能夠發(fā)射紫外線的汞燈或黑光燈。步驟B的操作溫度為5 40°C。步驟B中照射時(shí)間與染料的濃度、乙酰丙酮的用量和紫外光源發(fā)射光譜的強(qiáng)度有關(guān)。3、有益效果
本發(fā)明公開了以一種利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，本發(fā)明可使染料在紫外光的照射下快速脫色，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，脫色速率加快，經(jīng)脫色處理的水體可生化性提高，因此除可實(shí)現(xiàn)染料的脫色外，亦可作微生物處理工藝的預(yù)處理；
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于印染廢水和受染料污染水體的處理。能夠在共存有機(jī)物的摩爾濃度高于染料時(shí)，仍能夠使染料在紫外光的照射下快速脫色，且隨著反應(yīng)的進(jìn)行，脫色速率加快，經(jīng)脫色處理的水體其可生化性由初始的B0D5/C0D < 0. 1提高至BOD5/COD > 0.3，因此除可實(shí)現(xiàn)染料的脫色外，亦可作微生物處理工藝的預(yù)處理；
本發(fā)明所采用的乙酰丙酮，性質(zhì)相對(duì)光化學(xué)氧化中常用的雙氧水較為穩(wěn)定，易于運(yùn)輸、 貯存；
本發(fā)明方法具有uv/H2O2方法的所有優(yōu)點(diǎn)，例如操作運(yùn)行簡(jiǎn)便、易于維護(hù)等，又克服了 uv/H2O2方法中的不足。本發(fā)明方法對(duì)水體中共存有機(jī)物和無(wú)機(jī)鹽的耐受性強(qiáng)、需要投加的試劑量低，脫色效率高、運(yùn)行成本低，可廣泛應(yīng)用于印染廢水和受染料污染水體的處理。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例所用旋轉(zhuǎn)光化學(xué)反應(yīng)器的示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例所用簡(jiǎn)易紫外輻照裝置的示意圖3是本發(fā)明實(shí)施例高濃染料廢水的紫外光氧化_生物處理聯(lián)用工藝示意圖。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1
將25 ml含0. 2 mM橙黃II和0. 5 mM乙酰丙酮的水溶液裝入內(nèi)徑為2 cm的石英試管
4Ι-a，將25 ml含0. 2 mM橙黃II和0. 5 mM H2O2的水溶液裝入內(nèi)徑為2 cm的石英試管l_b， 將石英試管1以平行于300 W中壓汞燈2軸向方向的位置放置，汞燈2置于冷卻水夾套3 中，石英管1距汞燈2的距離為6 cm。開啟汞燈2預(yù)熱5分鐘，石英管1接受的輻照光強(qiáng)在365 nm處為4 mW/cm2，除去汞燈2與石英管1之間的遮光罩4，石英管1繞汞燈2公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)，于25°C照射1 h后石英管Ι-a中的溶液徹底脫色，石英管l_b中的溶液脫色率僅為 32%。該實(shí)施例說(shuō)明UV/乙酰丙酮方法較UV/H202方法具有更高的脫色效率。輻照裝置請(qǐng)參閱圖1。實(shí)施例2:
輻照裝置及溶液組成同實(shí)施例1，改變?nèi)芤簻囟仍?-40°C區(qū)間，石英管I中的溶液脫色率維持在高于99%的水平。實(shí)施例3:
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，石英管l_a和Ι-b中分別加入0. 2 mM的乙醇，石英管 1-a (UV/乙酰丙酮體系)中的溶液脫色率基本不變。石英管1-b (UV/H202對(duì)照組)中的溶液脫色率降低33%。該實(shí)施例說(shuō)明UV/乙酰丙酮方法較UV/H202方法具有更強(qiáng)的抗有機(jī)物干擾的能力。實(shí)施例4:
輻照裝置及溶液組成同實(shí)施例1，將石英管Ι-a和Ι-b置于輻照?qǐng)鰞?nèi)，每5分鐘取一樣品做動(dòng)力學(xué)分析。在上述條件下，UV/乙酰丙酮體系中橙黃II的準(zhǔn)一級(jí)脫色速率常數(shù)在前 45分鐘內(nèi)為UV/H202體系的5倍，輻照45分鐘之后UV/乙酰丙酮體系中脫色速率較初期提高5倍，而UV/H202體系中染料的降解速率常數(shù)在整個(gè)輻照過(guò)程中沒(méi)有變化。實(shí)施例5:
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，石英管1-c中溶液為25 ml含0.2 mM橙黃II和1 mM 乙酰丙酮的水溶液，石英管Ι-d中溶液為25 ml含0.2 mM橙黃II和0.05 g/L P25 TiO2的水溶液，輻照2小時(shí)后，石英管1-c中溶液的脫色率為100%，石英管Ι-d中溶液的脫色率為 45%。實(shí)施例6:
將90 ml含0. 15 mM橙黃II和0. 09 g/L乙酰丙酮的水溶液裝入內(nèi)徑為5 cm的玻璃燒杯5-a中，將90 ml含0. 15 mM橙黃II和0. 50 g/L P25 TiO2的水溶液裝入內(nèi)徑為5 cm 的玻璃燒杯5-b，將燒杯5-a和5-b置于磁力攪拌器6上攪拌，在其上方垂直距離為15 cm 處安裝一 30 W低壓汞燈7，燒杯中溶液所受輻照光強(qiáng)在254 nm處為0.3 mW/cm2，開啟低壓汞燈7，于25°C照射上述兩溶液，100分鐘后燒杯5-a中溶液的脫色率為98%，燒杯5_b中溶液的脫色率為95%。該實(shí)施例所用輻照裝置請(qǐng)參閱圖2。實(shí)施例7
將90 ml含0.5 mM橙黃II和ImM乙酰丙酮的水溶液裝入玻璃培養(yǎng)皿中，液層厚度為 2cm，在其上方垂直距離為5cm處安裝一 1000 W高壓汞燈，溶液所受輻照光強(qiáng)在365 nm處為10 mW/cm2，開啟高壓汞燈，于25°C照射上述溶液，3小時(shí)候后溶液的脫色率為98%。實(shí)施例8:
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，但是溶液組成為0. 12 mM的剛果紅和0. 3 mM的乙酰丙酮，輻照2 h后溶液的脫色率達(dá)75%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為40%。
實(shí)施例9
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，但是溶液組成為0. 12 mM的甲基橙和0. 5 mM的乙酰丙酮，輻照4 h后溶液的脫色率達(dá)93%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為46%。實(shí)施例10
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，但是溶液組成為0. 03 mM的亞甲基藍(lán)和0. 3 mM的乙酰丙酮，輻照2 h后溶液的脫色率為97%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為94%。實(shí)施例11
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，但是溶液組成為0. 03 mM的羅丹明B和0. 3 mM的乙酰丙酮，輻照2 h后溶液的脫色率為92%，同等條件下UV/H202體系的脫色率為92%。實(shí)施例12
輻照裝置及輻照條件同實(shí)施例1，但是溶液為稀釋5倍后的蒽醌染料廢水加入乙酰丙酮使其濃度為1 mM，該廢水的COD為5000 mg/L，pH = 8.3。輻照2 h后該染料廢水的脫色率為77%，同等條件下UV/H202體系的脫色率僅為19%。圖3為本發(fā)明所述技術(shù)與傳統(tǒng)生物處理相結(jié)合的工藝流程示意圖，其中的AA為乙
酰丙酮。
權(quán)利要求
1.一種利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，其特征在于，其步驟為A)加入乙酰丙酮至含染料水體，攪拌混勻；B)將步驟A)中的含染料水體置于紫外光源下輻照，至染料脫色。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用紫外光_乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，其特征在于步驟A中含染料水體中染料的含量在0.5 mM以下，水體pH在9.0以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用紫外光_乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，其特征在于步驟A中乙酰丙酮加入染料水體后的摩爾濃度為0. 3 lmM。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種利用紫外光_乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法， 其特征在于步驟B于5-40°C在0. 1-10 mff/cm2的輻照?qǐng)鰞?nèi)照射0. 5 - 4 h。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種利用紫外光_乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法， 其特征在于步驟B中的紫外光源為任何能夠發(fā)射紫外線的汞燈或黑光燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種利用紫外光_乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法， 其特征在于步驟A之前需要將含染料水體過(guò)濾，除去其中的懸浮物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用紫外光-乙酰丙酮氧化處理染料廢水的方法，屬于染料廢水處理領(lǐng)域。其步驟為A)加入乙酰丙酮至含染料水體，攪拌混勻；B)將步驟A)中的含染料水體置于紫外光源下輻照，至染料脫色本。本發(fā)明以紫外光引發(fā)的自由基反應(yīng)為基礎(chǔ)，提供了一種水體中高濃度染料的氧化脫色方法。經(jīng)本發(fā)明處理后含染料水體可完全脫色，在氧化過(guò)程中水體中的染料起光敏劑的作用，且隨氧化反應(yīng)的進(jìn)行染料脫色具有自加速的特點(diǎn)。經(jīng)該技術(shù)處理的水體可生化性由初始的5天生化需氧量(BOD5)對(duì)化學(xué)耗氧量(COD)比值低于0.1提高至BOD5/COD>0.3，因此除可實(shí)現(xiàn)染料的高效脫色外，本發(fā)明亦可作為微生物處理工藝的預(yù)處理。
文檔編號(hào)C02F1/32GK102491450SQ20111041970
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者劉犀通, 呂路, 張淑娟, 張煒銘, 潘丙才, 王夢(mèng)姝 申請(qǐng)人:南京大學(xué)