染料废水处理分析 -- 上海森谱6810原子吸收客户应用案例

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上海森谱科技有限公司www.synpec.com 染料废水非均相催化氧化处理技术 发布时间：2015-3-914：29：02 中国污水处理工程网 随着染料工业的发展，一些新型的染料、助剂被大量使用，这使得染料废水更难降解。催化湿式氧化法(CWO)是处理高浓度、难生物降解工业有机废水的较佳方法之一。该法是在高温、高压和催化剂作用下，用空气或氧气直接将废水中的有机物和含氨、氰等有毒物质氧化分解成二氧化碳、水和氮气等无害物质[1-3]。载铜的催化剂对于工业废水具有良好的催化性能，最近的研究表明其具有非常好的应用前景。邹东雷等[4]以氧化铝为载体负载铜处理焦化废水，水中 CODCr 的质量浓度由4540mg/L 降至600 mg/L 以下。洪浩峰等[5]以活性炭为载体负载铜处理印染废水，对 CODCr 的平均去除率达77.1%。粉末活性炭和氧化铝都是优良的载体，但随着人们对水处理技术要求的逐步提高，粉末活性炭和活性氧化铝也显现出了许多缺点，如回收难、强度低、使用寿命短等，严重制约了粉末活性炭和活性氧化铝的应用。凹凸棒粘土既是优良的催化剂载体，同时又具有高分散性、耐盐碱，有一定的可塑性和可粘结性的特点，因此被广泛应用于各行各业。李杰等[6]用凹凸棒、活性炭负载二氧化钛制成多孔陶瓷小球处理印染废水， CODCr 去除效果明显。本试验将凹凸棒、粉末活性炭和活性氧化铝进行复合制备载体，研究了在双氧水体系中 Cu0 /C-Al203-凹凸棒催化氧化染料废水的效果，从而为工业废水的处理提供了一种新思路。 1试验部分 1.1试验仪器与药品 78-1磁力加热搅拌器； YFX7-10Q-GC箱式电阻炉； UV-7500型紫外分光光度计； TG328A 分析天平； PHS-3C 型精密酸度计； 6810原子吸收分光光度计；自制造粒机。 市售酸性大红、双氧水(30%)、凹凸棒土、粉末活性炭、活性氧化铝、硫酸、氢氧化钠。 试验所用染料为人工配制的酸性大红和活性蓝 X-BR，此2种染料常用于羊毛、蚕丝、棉纶及其混纺织物的染色。分子式见图1、图2. 图1酸性大红分子式 Fig.1 Formula of acid brilliant scarlet 图2活性蓝X-BR 分子式 Fig 2 Formula of reactive blue X-BR 1.2催化剂的选择与制备 按照5：1：0.5的质量比称取凹凸棒土、粉末活性炭、活性氧化铝，混匀后倒入预先配置好的浓度为0.8 mol/L的硝酸铜溶液中，浸渍一段时间后，用造粒机进行造粒，接着在105℃下烘干，制造的复合颗粒大小约为0.8mm，放入马弗炉，在600℃下焙烧2.5h，制得催化剂成品。 1.3分析方法 染料浓度采用分光光度法测定，利用分光光度计测得酸性大红和活性蓝X-BR 最大吸收波长为533 nm和562 nm，绘制吸光度与浓度的标准曲线。 式中：R——去除率； C0、C――试验前、后的质量浓度， mg/L。 1.4催化氧化试验 配制500 mg/L 的酸性大红和活性蓝X-BR 作为模拟染料废水，取水样100mL 置于烧杯中，调节pH值，加入一定量的催化剂和过氧化氢，然后放在磁力搅拌器上搅拌、反应，取上清液，测定吸光度，计算酸性大红和活性蓝 X-BR 的去除率。 2结果与讨论 2.1温度对去除率的影响 试验温度分别为30、40、50、60、70、80℃， pH 值为6，催化剂投加量为 40 g/L， 过氧化氢投加量为80 mL/L， 反应时间为1h，考察温度对染料废水处理效果的影响，结果见图3。 图3反应温度的影响 Fig.3 Effect of reaction temperature 由图3可知，随着温度的升高，酸性大红和活性蓝 X-BR 的去除率逐渐升高，在60℃时，二者的去除率均达到90%，因为在一定的范围内，温度越高，吸收的能量就越多，过氧化氢的0—0键就更容易断裂，使·OH的浓度逐渐升高，加速了对酸性大红和活性蓝 X-BR 的降解。但温度过高，会使过氧化氢分解过快，使副反应增多，造成过氧化氢的无效分解[7]。温度超过60℃，虽然去除率仍有一定上升，但幅度不大，所以，考虑到能耗和经济的因素，选择最适宜温度为60℃。 2.2氧化剂投加量对去除率的影响 试验中，氧化剂投加量分别为20、40、60、80、100、120 mL/L， pH 值为6，催化剂投加量为 40 g/L，过氧化氢投加量为80 mL/L， 反应时间为1h，温度为60℃，考察氧化剂对染料废水处理效果的影响，结果见图4。 Fig. 4 Effect of oxidant dosage 由图4可知，在一定范围内，随着氧化剂投加量的增加，酸性大红和活性蓝X-BR 的去除率都升高，当投加量为80 mL/L 时，二者的去除率都达到最大值，投加量超过80 mL/L 后， 去除率略有降低。这是因为刚开始，随着过氧化氢浓度的增加，发生了类芬顿反应[8]： 从而增加了·OH 的浓度，使得酸性大红和活性蓝 X-BR 的去除率逐渐升高，当溶液中的过氧化氢过量时，其自身会发生以下反应： 导致了溶液中·OH在上述反应中逐渐被消耗掉，浓度降低，使得其破坏有机分子的效率下降，最终导致去除率略有下降。所以选取80 mL/L 为最佳投加量。 2.3催化剂投加量对去除率的影响 试验中，催化剂投加量分别为10、20、30、40、50、60 g/L， pH 值为6，过氧化氢投加量为 80mL/L，反应时间为1h，温度为60℃，考察催化剂对染料废水处理效果的影响，结果见图5。 图5催化剂投加量的影响 Fig.5 Effect of catalyst dosage 由图5可知，当催化剂投加量较小时，酸性大红和活性蓝 X-BR 的去除率随着投加量的增加而升高，最终分别达到95%和89%。在一定范围内，催化剂既有吸附效果，也有催化效果。随着投加量的增加，能够提供的活性中心也增加，使得产生的·OH增加，去除率逐渐升高[9-10]。但当催化剂投加量过量时，在反应初始瞬间，催化剂和过氧化氢会产生过多的·OH，这样会发生式(3)、式(4)的反应而被消耗掉，造成去除率降低。因此，试验确定酸性大红溶液中催化剂的最佳投加量为40g/L，活性蓝 X-BR溶液中催化剂的最佳投加量为30 g/L. 2.4 pH值对去除率的影响 试验中， pH 值分别为2、4、6、8、10、12，催化剂投加量为40 g/L， 过氧化氢投加量为 80mL/L，反应时间为1h，温度为60℃，考察 pH值对染料废水处理效果的影响，结果见图6. 图6 pH值的影响 Fig.6 Effect of pH value 由图6可知，在一定范围内，酸性大红和活性蓝 X-BR 的去除率随着 pH 值的升高而逐渐降低，在pH 值为2~6时，氧化铜催化过氧化氢产生氧化能力很强的·OH， 但·OH的浓度和OH-的浓度成反比， pH 值过高，会抑制·OH产产生，同时，过氧化氢在高 pH 值条件下会发生反应而分解，导致去除率下降[11-12]。所以酸性大红和活性蓝X-BR 的适宜pH 值为2。 3对比试验 进行酸性大红和活性蓝X-BR 的空白、单独催化、单独氧化和催化氧化试验。保持反应温度为60℃，pH值为2，反应时间为1h。空白试验中不加任何物质； 单独催化试验中，只加入催化剂，投加量分别为 40、30 g/L；单独氧化试验中只加入80 mL/L 过氧化氢；催化氧化试验中加入催化剂40、30 g/L，氧化剂80 mL/L。结果见图7、图8。 图7酸性大红对比试验 Fig. 7 Contrast test of acid brilliant scarlet 图8活性蓝X-BR 对比试验 Fig. 8 Contrast test of reactive blue X-BR 通过对比试验可知，采用非均相催化氧化法处理模拟废水，酸性大红和活性蓝 X-BR 的去除率均达到90%以上。而采用单独催化和单独氧化法，去除率则较低。 4 重复利用试验 重复利用性，也是考察催化剂稳定性的一个方面，重复利用试验的结果见图9. 由图9可知，进行了10次催化剂的重复利用试验，酸性大红的去除率始终高达85%以上，去除效果良好。铜溶出量是衡量催化剂稳定性的另一个方面，通过图9可以发现，铜溶出量逐渐降低，这可能是因为粉末活性炭和活性氧化铝都是非常好的吸附剂，吸附性能好。凹凸棒粘性强，同时也具有一定的吸附能力。粉末活性炭、活性氧化铝和凹凸棒复合，使得催化剂的强度增加，方便回收利用，氧化铜被固定在内部，形成了高效的催化剂。 上海森谱科技有限公司 图9重复利用试验 Fig..9 Repeated trials 5结论 (1)去除酸性大红和活性蓝 X-BR 的适宜条件为：温度均为60℃，氧化剂投加量为80 mL/L，催化剂投加量为：酸性大红40 g/L，活性蓝X-BR30 g/L， pH 值均为2。具体参见http：//www.dowater.com更多相关技术文档。 (2)进行了10次重复利用试验，催化剂对于酸性大红的催化降解率都达到85%以上， 显示其重复利用率高，稳定性好。 (3)将粉末活性炭、活性氧化铝、凹凸棒复合制成载体，增加了这三者的强度，方便回收再利用，减少了二次污染，为染料废水处理提供了一种新思路。 本文摘自中国污水处理工程网 污水处理方案咨询电话：400-6655-288 PageSynpec Technologies