專利名稱：鉍酸鈉在快速降解有機染料廢水中的應用及降解方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機染料廢水的處理方法，更具體的說是鉍酸鈉在快速降解有機 染料廢水中的應用及降解方法。
背景技術(shù)：
水資源同能源資源、耕地資源并稱為支撐我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的三大重 要戰(zhàn)略資源。隨著染料紡織工業(yè)的迅速發(fā)展,染料的品種和數(shù)量不斷增加,合成染 料廠和印染廠每年都要排放大量的染料廢水，已經(jīng)成為水系環(huán)境的重點污染源之 一，有效處理這些廢水是環(huán)境保護的必然要求。而染料廢水水質(zhì)復雜,有機污染物
含量高,pH值變化大，COD、 BOD差別大，不易生化降解?；瘜W氧化法可將其直接 礦化或通過氧化提高污染物的可生化性，同時還對環(huán)境類激素等微量有害化學物 質(zhì)的處理方面有很大的優(yōu)勢。而普通的化學氧化存在多種弊端如氧化降解速率 不夠高，設(shè)備要求嚴苛，反應環(huán)境惡劣等。高級氧化技術(shù)的出現(xiàn)克服了普通氧化 法存在的問題，并以其獨特的優(yōu)點越來越引起重視。高級氧化法最顯著的特點是 以羥基自由基為主要氧化劑與有機物發(fā)生反應，反應中生成的有機自由基可以繼 續(xù)參加.HO的鏈式反應，或者通過生成有機過氧化自由基后，進一步發(fā)生氧化分 解反應直至降解為最終產(chǎn)物C02和H20，從而達到氧化分解有機物的目的。與 其他傳統(tǒng)的水處理方法相比，高級氧化法具有以下特點產(chǎn)生大量非?；顫姷牧u 基自由基'HO其氧化能力(2.80v)僅次于氟(2.87)，它作為反應的中間產(chǎn)物， 可誘發(fā)后面的鏈反應，羥基自由基與不同有機物質(zhì)的反應速率常數(shù)相差很小，當 水中存在多種污染物時，不會出現(xiàn)一種物質(zhì)得到降解而另一種物質(zhì)基本不變的情 況；WO無法選擇地直接與廢水中的污染物反應將其降解為二氧化碳、水和無害 物，不會產(chǎn)生二次污染；普通化學氧化法由于氧化能力差，反應有選擇性等原因， 往往不能直接達到完全去除有機物降低TOC和COD的目的，而高級氧化法則
3基本不存在這個問題(1. Chen， C.; Zhao, W.; Li，丄；Zhao,丄；Hidaka, H.; Serpone, N.， Formation and Identification of Intermediates in the Visible-Light-Assisted Photodegradation of Sulforhodamine-B Dye in Aqueous Ti02 Dispersion. In 2002; Vol. 36, pp 3604-3611.)，氧化過程中的中間產(chǎn)物均可 以繼續(xù)同羥基自由基反應，直至最后完全被氧化成二氧化碳和水，從而達到了徹 底去除TOC、 COD的目的；由于它是一種物理化學過程，很容易加以控制，以 滿足處理需要；同普通的化學氧化法相比，高級氧化法的反應速度很快，能在 很短時間內(nèi)達到處理要求；既可作為單獨處理，又可與其他處理過程相匹配，如 作為生化處理的預處理，可降低處理成本。其中半導體多相光催化是近20年發(fā) 展起來的新興研究領(lǐng)域。因反應體系在光催化下將吸收的光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能, 因而使許多通常情況下難以實現(xiàn)的反應在比較溫和的條件下能夠順利進行。半導 體多相光催化在環(huán)境保護方面的突出優(yōu)點,有力地推動了人們對其在深度和廣度 上的研究。
光催化材料大多是金屬氧化物、硫化物或復合氧化物等半導體材料，具有特 殊的電子結(jié)構(gòu)，其能帶是不連續(xù)的。當用一定能量的光照射時,半導體可受激發(fā)，
則價帶中的電子可被激發(fā)到導帶,成為高活性電子(e'),而同時在價帶留下一個帶 正電荷的空穴(h+),進而與吸附在催化劑表面上的H20作用生成高活性的HO-,與 污染物分子發(fā)生一系列化學反應。此前最為經(jīng)典的光催化劑二氧化鈦受其3.2eV 禁帶寬度的限制，只能對紫外光做出響應，而太陽光照射到地面的部分中可見光 約為43%，紫外光的比例很小(僅5%)，所以其對太陽光的利用率很低。而近 些年來發(fā)展的一些能對可見光響應的催化氧化劑存在光催化效率低、降解不完全
的缺點。因此，開發(fā)應用新型高效的可見光催化劑，充分利用太陽能，將是光催 化技術(shù)走向?qū)嵱没谋厝悔厔?。最近研究表?Kako, T.; Zou， Z. G.; Katagiri， M.; Ye，丄H., Decomposition of organic compounds over NaBi03 under visible light irradiation. Chemistry of Materials 2007， 19, (2), 198-202.)鉍酸鈉作為一 種新型鈣鈦礦型半導體材料具有可見光催化活性，但并沒有任何內(nèi)容表明僅僅依 靠它就能降解有機染料廢水。

發(fā)明內(nèi)容
1. 發(fā)明要解決的技術(shù)問題
針對現(xiàn)有有機染料廢水處理中存在的處理時間長、成本高等問題，本發(fā)明提 出在快速降解有機染料廢水中應用鉍酸鈉，使其來催化降解有機染料廢水的方 法，應用本發(fā)明使得能耗小、操作方便、無二次污染、反應溫和，能在較短時間 內(nèi)達到脫色、降解、除去染料的目標。
2. 技術(shù)方案
本發(fā)明提出了可見光催化氧化處理染料廢水的方法，是以鉍酸鈉作為催化劑， 在光照的條件下催化降解有機染料。有機染料降解方法的操作方式為在染料水溶 液中投加鉍酸鈉催化劑，鉍酸鈉為黃色無定形粉末，不溶于水，在酸性介質(zhì)中有 強氧化性，可直接購得。懸濁液在攪拌的作用下多相均一混合，伴隨著可見光的 照射降解有機染料。其具體技術(shù)方案如下
一種快速降解有機染料廢水的方法，其步驟為
(A) 將有機染料廢水格柵除雜和靜置沉淀，用pH值調(diào)節(jié)為7 10;
(B) 廢水引入反應容器，加入NaBi03，可見光照射，在攪拌的作用下反應， 廢水處理后排出。
考慮到高濃度有機染料廢水色度高，光的穿透性不好，降解效率受影響較大， 故當有機廢水濃度超過130mg/L時應對其加以稀釋。
所選用的鉍酸鈉為商用品，可直接購得，從經(jīng)濟上的考慮投加濃度為0.1 ~ 2g/L，當投加濃度超過3g/L過多的固體顆粒會散射光照，使光解效率效率降低。
3. 有益效果
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在(1)本發(fā)明廢水處理方式用 于處理染料廢水的適用性強，常溫下即可進行。所發(fā)明的催化氧化劑具有很強的 氧化能力，能氧化大多數(shù)有機染料，并且降解速度很快，TOC下降顯著。(2) 催化劑成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)使用。整套光催化降解系統(tǒng)的運行成本也很低， 能耗低，經(jīng)濟性高。


圖1本發(fā)明降解天青I的脫色率變化圖。
具體實施例方式
以下通過具體實例進一步說明本發(fā)明。 實施例1:
配制62.5 mg/L番紅花紅水溶液模擬染料廢水，量取80 mL染料溶液裝入 反應器中。其中置一攪拌子，在攪拌器的作用下攪拌溶液，反應器有水冷保護， 在反應的過程中循環(huán)冷凝水可以保持整個反應在常溫進行。稱取130 mg NaBi03 投加入上述溶液，在攪拌的作用下充分混合后，可見光照射使染料溶液脫色。隨 后測定番紅花紅隨反應時間的變化情況，以及TOC的變化情況實驗結(jié)果表明， 14 min內(nèi)番紅花紅的濃度降低98.7%， TOC下降79%。
實施例2:
配制57 mg/L甲基紫水溶液模擬染料廢水，量取70 mL染料溶液裝入反應 器中。其中置一攪拌子，在攪拌器的作用下攪拌溶液，反應器有水冷保護，在反 應的過程中循環(huán)冷凝水可以保持整個反應在常溫進行。稱取100 mg NaBi03投 加入上述溶液，在攪拌的作用下充分混合后，可見光照射使染料溶液脫色。隨后 測定甲基紫濃度隨反應時間的變化情況，以及TOC的變化情況實驗結(jié)果表明， 9min內(nèi)甲基紫的濃度降低99%, TOC下降67%。
實施例3:
配制100mg/L堿性品紅水溶液模擬染料廢水，量取80 mL染料溶液裝入反 應器中。其中置一攪拌子，在攪拌器的作用下攪拌溶液，反應器有水冷保護，在 反應的過程中循環(huán)冷凝水可以保持整個反應在常溫進行。稱取120 mg NaBi03 投加入上述溶液，在攪拌的作用下充分混合后，可見光照射使染料溶液脫色。隨 后測定堿性品紅濃度隨反應時間的變化情況，以及TOC的變化情況實驗結(jié)果表 明，40min內(nèi)堿性品紅的濃度降低99%， TOC下降870/。。
實施例4:
6配制125mg/L天青I水溶液模擬染料廢水，量取60 mL染料溶液裝入反應 器中。其中置一攪拌子，在攪拌器的作用下攪拌溶液，反應器有水冷保護，在反 應的過程中循環(huán)冷凝水可以保持整個反應在常溫進行。稱取100 mg NaBiOs投 加入上述溶液，在攪拌的作用下充分混合后，可見光照射使染料溶液脫色。隨后 測定天青I濃度隨反應時間的變化情況，以及TOC的變化情況實驗結(jié)果表明， 71min內(nèi)天青I的濃度降低99%， TOC下降73.4%。
實施例5:
配制25mg/L茜素紅水溶液模擬染料廢水，量取100 mL染料溶液裝入反應 器中。整個反應器暴露于太陽光下，其中置一攪拌子，在攪拌器的作用下攪拌溶 液，稱取120mgNaBiO3投加入上述溶液，在攪拌的作用下充分混合后，太陽 光照射使染料溶液脫色。隨后測定茜素紅濃度隨反應時間的變化情況，實驗結(jié)果 表明，40min內(nèi)茜素紅的濃度降低95%。
改變以上實施例中NaBiOs投加量(0.1~5g/L)，當投加濃度超過3g/L過 多的固體顆粒會散射光照，使光解效率效率降低，投加濃度為0.1 2g/L時效果 較好。
本發(fā)明并不限于以上實施例。
權(quán)利要求
1. 一種快速降解有機染料廢水的方法，其步驟為(A)將有機染料廢水格柵除雜和靜置沉淀，用pH值調(diào)節(jié)為7～10；(B)廢水引入反應容器，加入NaBiO3，可見光照射，在攪拌的作用下反應，廢水處理后排出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速降解有機染料廢水的方法，其特征在于步驟(A) 中有機染料廢水濃度不超過130mg/L,超過時稀釋。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速降解有機染料廢水的方法，其特征在于步驟(B) 中NaBi03投入量為0.1 ~2g/L。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速降解有機染料廢水的方法，其特征在于反應后可 回收NaBi03,繼續(xù)使用。
5. 鉍酸鈉在快速降解有機染料廢水中的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開了鉍酸鈉在快速降解有機染料廢水中的應用及降解方法。首先將有機染料廢水格柵除雜和靜置沉淀，用pH值調(diào)節(jié)為7～10；而后廢水引入反應容器，加入NaBiO₃，可見光照射，在攪拌的作用下反應，廢水處理后排出。當有機廢水濃度超過130mg/L時應對其加以稀釋。所選用的鉍酸鈉為商用品，可直接購得，從經(jīng)濟上的考慮投加濃度為0.1～2g/L，當投加濃度超過3g/L過多的固體顆粒會散射光照，使光解效率降低。本發(fā)明用于處理染料廢水的適用性強，常溫下即可進行。所發(fā)明的催化氧化劑具有很強的氧化能力，能氧化大多數(shù)有機染料，并且降解速度很快，TOC下降顯著。催化劑成本低廉，易于大規(guī)模生產(chǎn)使用。
文檔編號C02F1/30GK101519256SQ20091002944
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者歡 何, 愷 喻, 成 孫, 楊紹貴, 谷成剛 申請人:南京大學