no3^-光催化脫色染料廢水的研究

1、第 3 1卷第 2期 2 0 1 1年 2月工業(yè)水 處理 I n d u s t r i a lW a t e rT r e a t me n tVo 1 ． 3 1No ． 2F e b ． ， 2 01 1N O 3 - 光催化脫色染料廢水的研究 李建章 ， 馮發(fā) 關(guān) ， 鐘俊 波 ， 曾俊 ( 四川理 工 學(xué)院化 - 9與制 藥工程 學(xué)院 ， 綠 色催 化 四川省 高校 重點(diǎn) 實(shí)驗 室， 四川 自貢 6 4 3 0 0 0 )[

2、摘要]染料工業(yè)廢水在排放前必須加 以處理。光催化在染料廢水處理方面顯示 了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢。研究試驗 在 N O 3 - 存在下用紫外燈照射對 甲基橙溶液進(jìn)行光催化脫色 。結(jié)果表明： 隨著 N O 3 - 含量的逐漸增加 ． 甲基橙脫色率逐 漸增加 ． 在實(shí)驗范圍內(nèi)沒有 出現(xiàn) N O r 加入量的最佳值 ； 甲基橙在酸性條件下的脫色率高于堿性條件下 的脫色率 ； 當(dāng)s p 基橙質(zhì)量濃度 ≤2 5m g ／ L時 ． 光催化脫色反應(yīng)為準(zhǔn)一級

3、反應(yīng) ： 利用含 NO 3 - 廢水 在 日光下 對實(shí)際染料廢水的脫色效 果 好 ． 可 以達(dá) 到 以廢 治 廢 的 目的 [ 關(guān) 鍵 詞 ]N O一 ； 光催 化 脫 色 ； 甲基 橙 ； 染 料 廢水 [ 中圖分類號 ]X 7 0 3 ． 1 ； T Q 0 3 2 ． 4 ； X 7 9 1[ 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ]A[ 文章編號]1 0 0 5 — 8 2 9 X( 2 0 1 1 ) 0 2 — 0 0 5 8 — 0 3Ph O t

4、 O C a t a I V t i Cd e C O I O r i z a t i O no fd y e i n gwa s t e wa t e rwi t hNO’ 3 -u n d e rUV i r r a d i a t i onL iJ i a n z h a n g， F e n gF a me i ， Z h o n gJ u n b o， Z e n gJ u n( S i c h u a nK e yL a

5、b o r a t o r yo f G r e e nC a t a l y s i s ， C o l l e g eo fC h e m i s t r ya n dP h a r m a c e u t i c a lE n g i n e e r i n g ，S i c h u a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea ndE n g i n ee r i n g ， Z i g o n

6、 g6 4 3 0 0 0 ， C h i n a )Ab s t r a c t ：I ti sc r u c i a lt oc o n t r o la n dt r e a tt h ee f f l u e n t so fi n d u s t r i a ld y e i n gw a s t e wa t e rb e f o r eb e i n gd i s c h a r g e di n t ot h ea q

7、u a t i ce n v i r o n me n t ． P h o t o c a t a l y t i ct e c h n o l o g yi nt h et r e a t me n to fd y e i n gw a s t e wa t e rr e v e a l ss t r o n ga d v a n t a g e sa n dc a p a c i o u sa p p l i c a t i o n

8、f o r e g r o u n d ． N O 3 一 h a sb e e nu s e df o rd e c o l o r i z i n gme t h y lo r a n g e ( MO )s o l u t i o nu n d e ru l t r a v i o l e ti r r a d i a t i o n ． T h ee f f e c to fs o mep a r a me t e r so n

9、p h o t o c a t a l y t i cd e c o l o r i z a t i o no fme t h y lo r a n g es o l u t i o ni si n v e s t i g a t e di nd e t a i l ． T h er e s u l t ss h o w t h a tt h ed e c o l o r i z a t i o nr a t eo fM0i n c

10、r e a s e swi t ht h ei n c r e a s eo fNO3 一 d o s a g ea n dn oo p t i ma lv a l u eo fNO3 一d o s a g ea p p e a r si nt h ee x p e r i me n t a t i o n ． T h ed e c o l o r i z a t i o nr a t eo fMOu n d e ra c i d i

11、cc o n d i t i o n si sb e t t e rt h a nt h a tu n d e ra l k a l i n ec o n d i t i o n s ． T h ed e e o l o r i z a t i o nr e a c t i o ni sap s e u d of i r s t — o r d e rr e a c t i o nwh e nt h ec o n c e n t r a

12、 t i o no fMOi sb e l o w2 5mg ／ L ． T h ed e c o l o r i z a t i o ne f i c i e n c yo fa c t u a ld y ew a s t e wa t e rb yu s i n gt h ewa s t e w a t e rc o n t a i n i n gNO3 - i sg o o du n d e rs u n l i g h tr a

13、 d i a t i o n， r e a c h i n gt h eg o a lo ft r e a t i n gwa s t eb yu s i n gwa s t e ．K e yW o r d： NO r； p h o t o c a t a l y t i cd e c o l o r i z a t i o n； me t h y lo r a n g e ； d y e i n gw a s t e wa t e r

14、染料 廢水 色度 深 、 毒 性 強(qiáng) 、 難 降 解 、 p H波 動 大 、組分 變化 多 ， 且濃 度 高 、 水 量 大 ， 一 直 是工 業(yè) 廢水 處 理 的難 點(diǎn)?。 染 料工業(yè) 廢水 主要包 括 ： 含鹽 有機(jī) 物有 色廢 水 ， 其 中無 機(jī) 鹽 ( 質(zhì) 量 分 數(shù) 1 5 ％～ 2 5 ％) 主 要 是 N a C I ， 少 量 N aS O、 K C 1 及 其他 金 屬 鹽 類 ； 氯 化 或 溴 化 廢 水 ：

15、含 有 微 酸 或微 堿 的有 機(jī)廢 水 ； 含 有銅 、 鉛 、鉻 、 錳 、 汞等 金屬離 子 的有色廢 水 [ 2 ] 。用光 催化 氧化 法 處 理 染 料工 業(yè) 廢 水 是 一項 極 具 發(fā) 展 前 景 的 新技 術(shù) ， 目前 光催 化技術(shù) 成 為水處 理 的研 究 熱點(diǎn) [ 3 - 6 )光 催 化技 術(shù)能 有效 地 降解 污染 物 ． 該技 術(shù) 由于 具 有不 污 染環(huán) 境 、 活性 高 、 反 應(yīng) 條件 溫 和 、 不腐

16、 蝕設(shè) 備 等特 [ 基金項目】四川省教育廳重大培育項 目( 0 7 Z Z 0 2 0 )— _ 5 8一 性而 被廣 泛研 究 ． 在 水處 理 領(lǐng)域 展現(xiàn) 了廣 闊 的應(yīng) 用 前景 [ 7 4 3 。 RG ． Z e p p研究表 明水 體 中 N O一 能促 進(jìn) 水 中痕 量 有 機(jī)物 光 氧 化 ， 因為 N O 3 - 受光 輻 射 ． 光 解 生成的． O H具有強(qiáng)氧化性 ．可有效地降解污染物。N O 3 - 在水中的大

17、量存在很容易導(dǎo)致富營養(yǎng)化 ．因此 在排放 之前必 須加 以控制 [ 1 O ]甲基橙 是一 種 較難 降 解 的有 機(jī)染 料 ． 在 酸性 或 堿性條件下的偶氮式或醌式 內(nèi)鹽結(jié)構(gòu)是染料化合物 的主體結(jié)構(gòu)． 選擇其作為染料模型化合物具有一定 的代表性。筆者 以某化工廠排放的廢水( 廢水處理 前 的 N O r 質(zhì)量濃 度 為 1 0L ) 做 光催化 劑 ， 以 甲基 橙 試 驗研 究工業(yè) 水處理 2 0 1 1 —0 2 ， 3 1 (

18、 2 )表 示為l n ( C 。 ／ C ) = k t ， 式 中 k是 反應(yīng) 速 率常 數(shù) 。利 用 最 小二乘 法進(jìn)行 線性擬合 ． 求 得反應(yīng) 速率 常數(shù) 、 半 衰 期及 參數(shù) ， 結(jié)果如 表 1 所 示 。，。0g蓮 拯 整 露 臣 反應(yīng)時間／ m i n圖 3 不 同 濃度 甲基 橙 的 光催 化 脫 色 反 應(yīng) 表 1 動 力 學(xué) 參數(shù) 為 了 考 察 甲基 橙 的 降 解 動 力 學(xué) 常 數(shù) 是 否受 初 始

19、質(zhì)量 濃 度 的影 響 ． 設(shè) = O t C o “ ． 式 中 ／ ' b 為 初 始 質(zhì)量 濃 度對 反 應(yīng) 速 率 常 數(shù) 影 響 的方 次 ．為相 關(guān) 系數(shù) 經(jīng)數(shù)學(xué) 變形 得 l n= I na + n l nC o ．由表 1 數(shù) 據(jù)計 算 出l nk 和 l nC， 通 過 線 性 擬 合 得 方 程 ： l nk 一 1 ． 0 1 86 —1 ． 7 4 26 1 nC o ( 尺= 0 ． 9 8 39 )

20、．計 算 出 n ： 一 1 ． 7 4 26 。=0 ． 3 6 11 。這一結(jié) 果表 明 ， 甲基 橙初 始質(zhì) 量濃度越 大 。反 應(yīng)速率 就越慢 ． 因為催化劑 加入 量一定 ． 產(chǎn)生 的羥 基 自由基也是一定的， 無法 降解更 多 的甲基橙 。2 ． 5日光照 射下 的脫 色反應(yīng) 取 某 印染廠 排 放 的廢水 ． 經(jīng) 預(yù)處 理 后按 一定 比 例 和含 N O y 廢水進(jìn) 行混合． 使 N O 3 - 質(zhì) 量濃度為4 ． 0g

21、 ／ L 。調(diào) 整 溶 液 p H= 7 ． 0 ，日光 照 射 時 間分 別 為 0 、 1 、 2 、 3 、4 、 5 、 6 、 7h ， 廢 水 的紫 外一 可見 譜 圖見 圖 4 ?！?6 0 — 0 ． 80 ． 60 ． 40202 o o4 0 06 O O波 長／ r i m 圖 4日光 照 射 下 廢 水 的譜 圈 變 化 由圖 4可見 ． 隨著 光照 時間 的延 長 ． 廢 水 的脫色 效 果 非 常 明 顯 ．

22、 可 以 實(shí) 現(xiàn) 和 達(dá) 到 以 廢 治 廢 的 目的 。太 陽 光 到 達(dá) 地 面 的 輻 射 波 中 ． 波 長 在 2 0 0 ～4 0 0n m 處 的紫外 線 所 具 有 的能 量 可 以用 于光 化 學(xué) 反應(yīng) 。太 陽光譜 能量 中 ， 波長 在 2 0 0 ～ 4 0 0I l m處 的紫 外線 占太 陽光全部 能量 的 3 ％～ 5 ％． 利 用這一 部分 太 陽能 作 為 N O 3 - 光 催 化 反應(yīng) 的光 源 無

23、論 從 理 論 上 還 是實(shí)踐 上都 是可行 的 3結(jié) 論 日光照 射下 ． 隨著 廢水 中N O 3 - 含量 的逐 漸增加 ．甲基橙 脫色 率逐漸 增加 ：甲基 橙在 酸性條件 下 的脫 色率 高 于 堿 性 條 件 下 的脫 色 率 ： 當(dāng) 甲基 橙 質(zhì) 量濃 度 ≤2 5m g ／ L時 ．光催 化脫 色反應(yīng) 為準(zhǔn) 一級反 應(yīng) ： 利 用 含 N O 3 - 廢水 在 日光 下對 實(shí) 際染料 廢 水脫 色 ． 效果 較好 ． 可

24、達(dá)到 以廢治 廢 的 目的 [ 參 考 文 獻(xiàn) ][ 1 ]張林 生 ， 蔣 嵐 嵐． 染 料廢 水 的脫 色 方 法[ J ] ． 化 工環(huán) 保 ， 2 0 0 0 ，2 0 ( 1 ) ： 1 4— 1 8 ．[ 2 ]李家珍 ． 染料 、 染色工業(yè)廢水處理 [ M] ． 北 京 ： 化學(xué)工業(yè) 出版社 ，1 9 9 7： 71 ．[ 3 ]時桂 杰． 光 催 化 氧化處 理 水 中污 染 物的 研究 進(jìn) 展及 發(fā) 展趨 勢[ J ]

25、 ． 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 1 9 9 8 ， 2 1 ( 3 ) ： 1 - 4 ．[ 43劉千鈞 ， 余煜棉 ， 張音波 ， 等． T i O光催化降解 甲基橙若干反應(yīng)條 件的研究 [ J j ． 環(huán)境科學(xué) 與技術(shù) ， 2 0 0 3 ， 2 6 ( 6 ) ： 1 3 — 1 4 ．[ 5 ]鄧沁 ， 肖 新顏 ， 廖東亮 ， 等． T i O薄膜光催化降解甲基橙反應(yīng)動力學(xué)研 究[ J ] ． 精細(xì)化工 ， 2 0 0 3， 2 0

26、( 1 2 ) ： 7 2 1 — 7 2 3 ．[ 6 ]王怡中 ， 符雁 ， 湯鴻霄． 二氧化鈦懸漿體系太 陽光催化 降解 甲基 橙研究 [ J ] ． 環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 1 9 9 9 ， 1 9 ( 1 ) ： 6 3 — 6 7 ．[ 7 ]韓維屏． 催化化學(xué)導(dǎo)論[ M] ． j E 京 ： 科學(xué)出版社 ， 2 0 0 3 ： 4 1 — 4 3 ．[ 8 ]Z h a oHo n g ， X uS u o h o n g ，

27、Z h o n gJ u n b o ， e ta 1 ． K i n e t i cs t u d yo nt h ep h o t o — c a t a l y t i cd e g r a d a t i o no fp y r i d i n ei nT i 02s u s p e n s i o ns y s t e ms[ J ] ． C a t a l y s i s T o d a y ， 2 0 0 4， 9 3 1

28、 9 4 ／ 9 5 ( 1 ) ： 8 5 7 — 8 6 1 。[ 9 ]Z e p pRG ． N i t r a t e — i n d u c e dp h o t o o x i d t i o no ft r a c eo r g a n i cc h e m i c a l si n w a t e r [ J ] ． E n v i r ． S c i ． T e c h n o 1 ． ， 1 9 8 7 ， 2 1

29、 ( 5 ) ： 4 4 3 — 4 5 0 ．[ 1 O ]奚旦立 ， 劉秀英 ， 郭安然 ． 環(huán)境監(jiān) 測 [ M] ． 北 京 ： 高等 教育出版 社 ． 1 9 9 4 ： 1 - 1 0 ．[ 1 1 ]朱秀華 ， 李海 成， 王煒． 硅鎢 酸光催化降解 甲基橙溶液研究 [ J ] ．大連鐵道學(xué)院學(xué)報， 2 0 0 1 ， 2 2 ( 1 ) ： 1 0 1 — 1 0 4 ．[ 作者簡介]李建章 ( 1 9 6 3 ～ ) ，