一种可见光活化过一硫酸盐处理染料废水的方法技术

本发明专利技术公开一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，该方法为在反应器中依次加入染料废水和过一硫酸盐，在可见光的辐射下使其进行反应，至染料废水发生脱色。本发明专利技术方法通过向染料废水中加入过一硫酸盐，在可见光光源的辐射下，染料受到激发变成激发态，激发态的染料分子活化过一硫酸盐产生自由基来氧化降解染料；本发明专利技术方法不仅简化了反应装置的设计，减少了能耗，降低了成本，而且工艺流程十分简单，可操作性强，因此具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于废水处理
，涉及一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法。
技术介绍
印染工业的发展导致染料废水污染问题日益严峻，染料废水的色度高、毒性大且难以生物降解，严重威胁水生生物生长、人体健康和生态环境安全。高级氧化技术因其可以在反应过程中产生具有强氧化性的羟基自由基(●OH)，被广泛应用于染料废水处理中。但作为●OH主要来源的双氧水(H2O2)因化学稳定性较差，且不易于储存和运输的缺点限制了基于●OH的高级氧化技术的实际应用。近年来，基于硫酸根自由基(SO4●?)的高级氧化技术作为一种新型的高级氧化技术成为了学者们研究的新领域。与H2O2相比，过硫酸盐具有更好的化学稳定性，便于储存和运输，因此受到极大的关注。过硫酸盐包括过一硫酸盐和过二硫酸盐，其中过一硫酸盐在有机物降解过程中显示出更好的活化效果，参见文献(AppliedCatalysisB:Environmental,2016,181,103-117)。活化过一硫酸盐有很多种方法，包括高温热解、紫外光(UV)辐射、过渡金属离子、活性炭、零价铁和微波等，然而，其中有些方法的能耗较高，有些方法可能会带来有毒金属离子的二次污染。因此，发展新颖、低能耗、高效且无二次污染的活化过一硫酸盐的方法显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法。主要解决的技术问题是：现有处理染料废水的技术中，使用过渡金属类催化剂容易带来二次污染；现有的光活化过一硫酸盐方法中所用光源大多是紫外光，而在以可见光作为光源的反应中需要另外加入催化剂，废水处理成本较高。为解决上述问题，本专利技术采取以下的技术方案：一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，其特征在于：在染料废水中加入氧化剂过一硫酸盐，其中染料与氧化剂的摩尔比为1:20~400，在可见光的辐射下使其进行反应。作为优选，所述染料具有光敏化特性，所述染料为香豆素343、茜素紫3B、茜素红、孔雀绿、吖啶橙、罗丹明B以及曙红Y中的任一种或几种的组合。作为优选，所述染料为罗丹明B或曙红Y。作为优选，所述氧化剂为过一硫酸氢铵、过一硫酸氢钠以及过一硫酸氢钾中的任一种。作为优选，所述氧化剂为过一硫酸氢钾(2KHSO5·KHSO4·K2SO4)。作为优选，选择金属卤化物灯、氙灯、汞灯以及LED灯中的任一种作为可见光光源。作为优选，选择白光LED灯作为可见光光源，所述LED光源波长为455nm，其光效率约为70lmW?1，高于其他可见光光源的光效率，选用LED灯作为可见光光源具有更好的节能效果。一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法的机理在于染料的光敏化作用，具有光敏化特性的染料吸收可见光后受到激发由基态跃迁到激发态，因激发态的染料分子的氧化还原电位低于过一硫酸盐的氧化还原电位，参见文献(EnvironmentalScience&Technology,2009,43,8316-8366;SeparationandPurificationTechnology,2011,80,626-634)，激发态的染料分子从热力学角度来说可以活化过一硫酸盐产生SO4●?，同时SO4●?可以转化生成●OH，这些自由基攻击染料分子从而实现染料的脱色，其具体的反应包括以下四个过程：Dye+hν→Dye*(1)Dye*+HSO5?→SO4●?+OH?+Dye+●(2)SO4●?+H2O→●OH+H++SO42?(3)Dye/Dye+●+SO4●?/●OH→中间产物(4)与现有技术相比，本专利技术体现的有益效果如下：1.本专利技术提供一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，通过向染料废水中加入过一硫酸盐，在可见光光源的辐射下，染料受到激发变成激发态，激发态的染料分子活化过一硫酸盐产生自由基来氧化降解染料；本专利技术方法不仅简化了反应装置的设计，减少了能耗，降低了成本，而且工艺流程十分简单，可操作性强，因此具有广阔的应用前景。2.本专利技术方法不需要加入催化剂，不会造成二次污染。3.本法明方法以节能的LED灯带作为可见光光源，进一步的降低了能耗和成本。附图说明图1是罗丹明B在不同体系中的脱色效果；图2是处理罗丹明B的不同体系的电子顺磁共振图谱；图3是曙红Y在不同体系中的脱色效果；图4是处理曙红Y的不同体系的电子顺磁共振图谱。具体实施方式下面结合实例对光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法进行详细说明。本专利技术实施例分别以具有光敏性的染料(罗丹明B或曙红Y)废水作为目标污染物。实施例1在此例中，以罗丹明B废水作为目标污染物，对比了单独可见光，过一硫酸盐/黑暗条件和过一硫酸盐/可见光三个体系对罗丹明B进行脱色的效果。结果显示，在单独可见光辐射下，罗丹明B几乎不发生脱色，说明罗丹明B在可见光辐射下非常稳定。过一硫酸盐在黑暗条件下对罗丹明B有一定的去除效果，但是一旦引入可见光辐射，罗丹明B的脱色显著加快。具体的操作条件与处理结果如下所示。一、操作条件(1)单独可见光体系：罗丹明B浓度为0.05mmolL?1，罗丹明B溶液的体积为200mL；溶液pH为5.7。(2)过一硫酸盐/黑暗条件和过一硫酸盐/可见光体系：罗丹明B浓度为0.05mmolL?1，过一硫酸盐浓度为5mmolL?1，罗丹明B溶液的体积为200mL；溶液pH为5.7。(3)电子顺磁共振波谱测定：以5,5-二甲基-1-氧化吡咯啉(DMPO)作为自由基捕获剂，DMPO浓度为18mmolL?1，反应10min后取样进行测定。二、实验结果三个不同体系对罗丹明B脱色的结果如附图1所示(染料的浓度变化以C/C0表示)。单独可见光辐射120min，罗丹明B脱色率仅为1%，可以忽略不计。过一硫酸盐在黑暗条件下可以使罗丹明B发生脱色，反应120min后脱色率为77%；但在过一硫酸盐/可见光体系中120min内罗丹明B的脱色率达到100%。过一硫酸盐使罗丹明B发生脱色是通过二者之间的电子转移完成的，是一个非自由基的反应，参见文献(RSCAdvances,2016,6,866-871)。而受可见光激发后形成的罗丹明B染料激发态能够活化过一硫酸盐产生自由基可以通过电子顺磁共振实验来证实，参见附图2。在处理罗丹明B废水的体系中，只有过一硫酸盐/可见光体系中出现了明显的硫酸根自由基加合物和羟基自由基加合物的特征峰，证实了罗丹明B染料激发态可以活化过一硫酸盐产生SO4●?和●OH，这两种自由基显著加快了罗丹明B的脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，其特征在于：在染料废水中加入氧化剂过一硫酸盐，其中染料与氧化剂的摩尔比为1:20～400，在可见光的辐射下使其进行反应。

【技术特征摘要】
1.一种光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，其特征在于：在染料废水中加入
氧化剂过一硫酸盐，其中染料与氧化剂的摩尔比为1:20～400，在可见光的辐射下使其进行
反应。
2.根据权利要求1所述的光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，其特征在于：所
述染料具有光敏化特性，所述染料为香豆素343、茜素紫3B、茜素红、孔雀绿、吖啶橙、罗丹明
B以及曙红Y中的任一种或几种的组合。
3.根据权利要求2所述的光催化活化过一硫酸盐处理染料废水的方法，其特征在于：所
述染料为罗丹明B或曙红Y。
4.根据权利要求1所述的光催化活化过一硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晖，高耀文，姚璘钰，李易熹，李思淼，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42