一種基于表面活性劑和銀納米顆粒的染料廢水凈化方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種染料廢水的凈化方法，具體涉及一種基于表面活性劑和銀納米顆粒的染料廢水凈化方法。
【背景技術】
[0002]隨著工業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)化提速以及人口數(shù)量的急劇增加，我國面臨嚴重的水污染情況。其中，印染廢水是處理難度較高的工業(yè)廢水之一，它具有水量大、色度大、有機污染物難生化降解、水質(zhì)變化大等特點，對其處理最突出的問題是色度和有害有機物的去除。
[0003]目前對染料廢水的處理有物理法、化學法和生物法。這些方法各有特點和特定的適用條件。物理法通常使用吸附、絮凝、過濾、膜分離等技術，但常用吸附劑和絮凝劑費用高、不易回收，污泥量大且難以處理，會產(chǎn)生一定的二次污染?；瘜W處理包括中和、電解、氧化等方法，有成本高、去除污染物不徹底等問題。生化法利用微生物降解廢水中的有機物，雖然成本較低，環(huán)境污染少，但普通微生物難以去除PAV等新型化學漿料，并且對溫度和pH等環(huán)境條件的苛刻要求使其適用范圍較為較窄。因此操作簡單、成本低廉、原料易回收、凈化過程迅速對工業(yè)廢水的處理非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于表面活性劑和銀納米顆粒的染料廢水凈化方法。本發(fā)明特別針對廢水中的各種染料，采用常見的表面活性劑與少量硝酸銀，經(jīng)過簡單操作制備得到負載有銀納米顆粒的凝膠。該凝膠與廢水混合后染料被迅速吸附和降解，離心和過濾可將廢水與凝膠分離，并回收表面活性劑和銀納米顆粒。該方法可高效地吸附并降解染料，操作簡單，且不引入其它物質(zhì)。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術方案:
一種基于表面活性劑和銀納米顆粒的染料廢水凈化方法，具體步驟如下:
1)取月桂酸鈉加入不同濃度氯化鈉溶液中，常溫攪拌使其溶解，得到得到混合液中月桂酸鈉為0.05mol/L，氯化鈉為0.05-0.5 mo I/L的溶液；
2)向上述月桂酸鈉水溶液中加入硝酸銀，使硝酸銀濃度為0.01-0.05 mol/L，靜置I小時，得到月桂酸鈉凝膠；
3)向上述月桂酸鈉凝膠中加入濃度為0.lmol/L的硼氫化鈉溶液，使體系中硝酸銀與硼氫化鈉的摩爾比為1:1-1:1.5，靜置I小時，待硼氫化鈉溶液全部進入凝膠中，銀離子被還原，反應完全后得到負載銀納米顆粒的月桂酸鈉凝膠；
4 )將上述凝膠加入不同的染料溶液中，充分混合，染料被吸附和降解，凝膠中的月桂酸鈉與廢水中的染料質(zhì)量比為1:1-1.5。
[0006]所述步驟4 )中染料降解完成后，還包括對凝膠和銀納米顆粒的回收操作，具體方法是:
A)對混合液進行離心和過濾，從中分離出脫水后的凝膠骨架和銀納米顆粒； B)將被分離的凝膠分散于水中，高溫下超聲使其重新溶解，自然冷卻靜置后溶液重新膠凝。
[0007]染料廢水凈化完成的判斷方法是:根據(jù)不同濃度染料在特定波長下吸光度的不同繪制標準曲線，測定吸附降解后溶液的吸光度，通過標準曲線計算染料殘留量，從而判斷染料是否除凈。
[0008]所述步驟A)是指:對染料溶液處理完成后的混合液，通過離心和過濾操作，獲取脫水后的月桂酸鈉凝膠和銀納米顆粒。
[0009]所述步驟I)中，優(yōu)選的，氯化鈉鈉的濃度為0.2 mol/L。
[0010]所述步驟2)中，優(yōu)選的，硝酸銀的濃度為0.02 mol/L。
[0011]所述步驟4)中，染料包括羅丹明B、亞甲基藍、鉻天青S、甲基橙。
[0012]本發(fā)明的工作原理:
本發(fā)明選用表面活性劑月桂酸鈉作為凝膠劑，加入氯化鈉和硝酸銀通過自組裝形成凝膠。銀離子被固定在凝膠骨架上，引入還原劑后被原位還原，生成納米尺度的銀顆粒，形成納米顆粒摻雜的混合水凝膠。
[0013]I)兩親分子月桂酸鈉與染料分子之間有親/疏水、氫鍵、靜電等非共價作用；
2)凝膠具有纖維交聯(lián)構(gòu)成的三維網(wǎng)絡狀微觀結(jié)構(gòu)，巨大的表面積使其對染料分子產(chǎn)生高效的吸附作用；
3)由于表面活性劑的保護作用，銀離子被還原為尺寸非常小的納米顆粒；
4)經(jīng)凝膠負載的銀納米顆粒催化，被吸附的染料降解為C02、H2O等小分子；
5)吸附后的混合液離心過濾即可達到凝膠與水溶液分離的目的。
[0014]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過向兩親分子月桂酸鈉形成的凝膠中引入銀離子并還原，構(gòu)筑銀納米顆粒摻雜的水凝膠。凝膠與染料廢水混合后，染料被快速吸附于凝膠的三維網(wǎng)絡上，并進一步在銀納米顆粒的催化下降解?；旌弦航?jīng)離心過濾后含有銀顆粒的凝膠骨架可被完全分離出來。該過程十分迅速，且使染料基本降解完全。被回收的凝膠和銀納米顆粒經(jīng)過簡單處理又可回復廢水凈化前的狀態(tài)，重新投入使用。本發(fā)明操作簡單、造價低廉，對染料廢水的凈化效率高，且環(huán)境友好，原料易回收重復使用，可滿足相關產(chǎn)業(yè)廢水處理的要求。具體優(yōu)勢如下:
O染料的吸附和降解協(xié)同作用，比單一過程具有更高效的凈化效果，并可實現(xiàn)對染料的完全去除；
2)凝膠獨特的微觀結(jié)構(gòu)和銀納米顆粒非常小的尺寸使吸附和降解得以迅速進行；
3)對染料廢水的凈化效率為已見報道的最大值；
4)吸附后的混合液離心過濾后即可實現(xiàn)凝膠與溶液的分離，凝膠可重復使用。
【附圖說明】
[0015]圖1是工藝流程圖。
[0016]圖2是凝膠的TEM照片。
[0017]圖3是羅丹明B溶液的標準曲線。
[0018]圖4是亞甲基藍溶液的標準曲線。
[0019]圖5是溶液中剩余羅丹明B的濃度隨處理時間的變化曲線。
[0020]圖6是溶液中剩余亞甲基藍的濃度隨處理時間的變化曲線。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。
[0022]實施例:
銀納米顆粒摻雜水凝膠的制備:
(I)取月桂酸鈉粉末，加入到0.5mol/L的氯化鈉溶液中，常溫攪拌使其溶解，并稀釋至一定體積，得到月桂酸鈉為0.05 mol/L,氯化鈉為0.2 mol/L的溶液。
[0023](2)向月桂酸鈉溶液中加入硝酸銀，使硝酸銀濃度為0.02 mol/L，攪拌溶解，靜置I小時，得到凝膠。
[0024](3)向凝膠中加入硼氫化鈉溶液，使體系中硝酸銀與硼氫化鈉的摩爾比為1:1，靜置I小時，待硼氫化鈉溶液全部進入凝膠中，銀離子被還原，反應完成后得到銀納米顆粒摻雜的月桂酸鈉凝膠。凝膠的微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。
[0025]對染料的吸附降解及凝膠再生:
(I)取羅丹明B、亞甲基藍等染料的溶液，按凝膠中月桂酸鈉與廢水中染料質(zhì)量比為1:1.5，將凝膠加入其中，震蕩使溶液中的不同組分充分混合，靜置30分鐘。
[0026](2)對染料溶液處理完成后的混合液以2000轉(zhuǎn)/分速率離心并過濾，從溶液中分離出脫水后坍陷的凝膠和銀納米顆粒。
[0027](3)根據(jù)不同濃度染料在特定波長下吸光度的不同繪制標準曲線，測定被吸附降解后溶液的吸光度，計算染料的殘留量。羅丹明B、亞甲基藍的標準曲線分別如圖3、圖4所示。溶液中染料的殘留量隨時間的變化如圖5、圖6所示。
[0028](4)將被分離的凝膠分散于水中，高溫超聲下溶解形成均一溶液，自然冷卻至室溫后溶液重新膠凝，再生的凝膠可繼續(xù)用于對廢水中染料的吸附和降解。
[0029]實施例制得的混合水凝膠對染料羅丹明B、亞甲基藍的吸附和降解過程在30分鐘完成，吸附容量(以月桂酸鈉固體計)分別為1.16 g/g和0.97 g/g?
[0030]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于表面活性劑和銀納米顆粒的染料廢水凈化方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)取月桂酸鈉加入不同濃度氯化鈉溶液中，常溫攪拌使其溶解，得到得到混合液中月桂酸鈉為0.05mol/L，氯化鈉為0.05-0.5 mo I/L的溶液； 2)向上述月桂酸鈉水溶液中加入硝酸銀，使硝酸銀濃度為0.01-0.05 mol/L，靜置I小時，得到月桂酸鈉凝膠； 3)向上述月桂酸鈉凝膠中加入濃度為0.lmol/L的硼氫化鈉溶液，使體系中硝酸銀與硼氫化鈉的摩爾比為1:1-1:1.5，靜置I小時，待硼氫化鈉溶液全部進入凝膠中，銀離子被還原，反應完全后得到負載銀納米顆粒的月桂酸鈉凝膠； 4 )將上述凝膠加入不同的染料溶液中，充分混合，染料被吸附和降解，凝膠中的月桂酸鈉與廢水中的染料質(zhì)量比為1:1-1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟4)中染料降解完成后，還包括對凝膠和銀納米顆粒的回收操作，具體方法是: A)對混合液進行離心和過濾，從中分離出脫水后的凝膠和銀納米顆粒； B)將被分離的凝膠分散于水中，高溫下超聲使其重新溶解，自然冷卻靜置后溶液重新膠凝。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的回收方法，其特征在于，所述步驟A)是指:對染料溶液處理完成后的混合液，通過離心和過濾操作，獲取脫水后的月桂酸鈉凝膠骨架和銀納米顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟I)中，優(yōu)選的，氯化鈉的濃度為 0.2 mol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟2)中，優(yōu)選的，硝酸銀的濃度為 0.02 mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化方法，其特征在于，所述步驟4)中，染料包括羅丹明B、亞甲基藍、鉻天青S、甲基橙。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于表面活性劑和銀納米顆粒的染料廢水凈化方法。本發(fā)明使用常見的表面活性劑與少量硝酸銀，經(jīng)過簡單混合與原位還原制備得到銀納米顆粒摻雜的水凝膠。凝膠與廢水混合后染料被吸附并發(fā)生降解，離心將廢水與凝膠分離，得到凈化后的溶液同時可回收凝膠骨架和銀納米顆粒。將被回收物質(zhì)重新制成凝膠又可用于對染料廢水的處理。該方法操作簡單，不引入其它物質(zhì)，混合水凝膠獨特的微觀結(jié)構(gòu)和納米尺度的銀顆粒使凝膠可以高效地吸附并降解染料，極大提高了對染料廢水的凈化效率。
【IPC分類】C02F1-28
【公開號】CN104860370
【申請?zhí)枴緾N201510269134
【發(fā)明人】夏抒
【申請人】寧波綠凱節(jié)能科技有限公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年5月25日