一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法技术

本发明专利技术涉及一种高效的电化学法处理阳离子型染料废水的方法，属于废水处理技术领域。该方法的核心在于：运用电化学的方法对阳离子型染料分子进行改性，使其变成难溶物，经简单的过滤即可将改性后的染料分子从其废水中分离出来实现废水治理的目的。本发明专利技术所述新方法去除效率高，操作工艺简单，无二次污染产生，并且运行费用低且对环境和操作人员友好等特点，具有很高的实际应用价值。

A method of cationic dye wastewater treatment based on electrochemical modification

The invention relates to an efficient electrochemical method for treating cationic dye wastewater, which belongs to the technical field of wastewater treatment. The core of the method is that the electrochemical method is used to modify the cationic dye molecules to make it difficult to dissolve. After simple filtration, the modified dye molecules can be separated from the wastewater to achieve the purpose of wastewater treatment. The new method has high efficiency, simple operation process, no two pollution, low operating cost and friendly environment and operators, and has high practical application value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法
本专利技术属于染料废水处理领域，具体涉及一种基于电化学法处理阳离子型染料废水的方法，适用染料、工业和农业等领域难降解的有机废水的处理。
技术介绍
阳离子型染料作为一类重要的有机合成染料，已广泛地应用于纺织、生物、化妆品、油漆、橡胶、塑料、杀虫剂、木材防腐剂等各个领域。由于阳离子型染料通常具有高色度、高COD、BOD值，同时该类染料分子还具有结构复杂、难降解等特性，因此随着阳离子型染料在工业上的广泛应用，导致了含阳离子型染料废水对水体的严重污染。我国“纺织染整工业水污染物排放标准”(GB4287-2012)规定，2015年现有纺织染整企业的棉、麻、化纤及混纺织物的单位产品基准排水量由175m3/t减少至140m3/t标准产品，印染工业废水的直接排放COD限值由100mg/L降低到80mg/L，间接排放COD限值200mg/L，环境敏感区域的直接排放COD限值60mg/L和间接排放COD限值80mg/L。因此开发有效且环境友好的染料废水处理新技术迫在眉睫。国内外治理染料废水的方法主要有物理化学法(吸附法)、化学法、生物法。其处理机制分为两类：一类是富集染料分子后再分离去除；另一类是破坏染料分子结构，达到脱色和去除有机物。高级氧化法作为一种新型、绿色的染料废水处理方法，已受到了研究者们的广泛研究兴趣。如华中科技大学的康建雄课题组(占伟.脉冲电催化氧化处理染料废水研究[D].华中科技大学，2013.)发展了脉冲电催化氧化法并运用该方法对酸性靛蓝染料模拟废水进行了降解处理，取得了很好的效果。中国科技大学的穆杨课题组(穆杨，杨厚云，沈金佑，穆阳。微生物燃料电池(MFC)一微生物电解池(MEC)的耦合系统处理偶氮类染料废水[J].生物资源技术，2016，202，93–100.)发展了微生物燃料电池(MFC)一微生物电解池(MEC)耦合系统以及微生物电化学系(MES)耦合碱性类芬顿系统来处理偶氮染料废水的研究，获得了满意的结果。华南理工大学的万金泉(李欢旋,万金泉,马邕文,等.不同粒径零价铁活化过硫酸钠氧化降解酸性橙7的影响及动力学研究[J].环境科学,2014(9):3422-3429.)发展了利用铁阳极失电子生成的Fe2+催化活化氧化剂过硫酸钠生成强氧化性的硫酸根自由基[SO4.-]代替电芬顿试剂，氧化处理橙黄G染料废水的研究等。然而，目前所报道的上述各种新颖的高级氧化技术来处理染料废水仍然是基于化学氧化的思路，通过电化学、光化学或是超声、脉冲等方法的单独使用或是联合使用来生成具有超强氧化能力的羟基自由基[.OH](2.8V)，然后利用羟基自由基将有机染料分子的结构彻底打破，使染料分子最终转化为二氧化碳、水、氮气等。然而，这类方法目前主要存在的问题是：超强氧化剂生成难、染料废水处理效率低、废水处理费用昂贵等，故限制了其在工业染料废水处理中的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，是针对上述现有技术存在的不足而提供一种新颖的新思路来解决染料废水治理问题。具体是提供一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，先通过电化学的方法对阳离子型染料分子进行改性以降低其在水中的溶解度，随后经过滤或者静置即可将改性后的阳离子型染料分子从其废水中分离出来，从而实现对阳离子型染料废水的高效、绿色治理。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，它是在待处理阳离子型染料废水体系中，以惰性电极为阳极，金属电极或惰性电极为阴极，可溶性卤素盐和导电盐为支持电解质，然后通电，对待处理阳离子型染料废水进行电解以实现阳离子型染料的电化学改性；电解后所得废水溶液经过固液分离，即可除去废水中的阳离子型染料。按上述方案，所述的卤素盐选自四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、二丁基氯化铵、十六烷基溴化铵、二丁基碘化铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、溴化钾、溴化镁、碘化钠、碘化钾等中的一种或两种或多种。按上述方案，所述的卤素盐在待处理阳离子型染料废水体系中的质量百分比浓度为0.04～0.5％。按上述方案，所述的导电盐选自碳酸氢钠、柠檬酸钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、硫酸镁、硫酸钠、硫酸钾、乙酸钠、乙酸锌、四丁基四氟硼酸铵、高氯酸锂等中一种或几两种或者多种的混合物。按上述方案，所述的导电盐在待处理阳离子型染料废水体系中的质量百分比浓度为0.3～1％。按上述方案，所述的阳离子型染料主要包括亚甲基蓝、甲基蓝、甲基紫、曙红、罗丹明B等中的一种或几种。按上述方案，所述的阳离子型染料在待处理阳离子型染料废水体系中的浓度为1～1000mg/L。按上述方案，所述的电解方式为恒电流电解，且电解过程中的电流范围为20～500mA。按上述方案，所述的电解时间3～60min。按上述方案，所述阳极电流密度为0.7～2500A/m2，阴极电流密度为2～500A/m2。按上述方案，所述的电解优选在持续搅拌下进行，磁力搅拌速度为100-200r/min。按上述方案，电解池为单室电解池等。按上述方案，所述阳极选自铂电极、金刚石电极、玻碳电极、石墨电极等惰性电极。按上述方案，所述阴极选自铜电极、锌电极、镍电极等金属电极，或者选自铂电极、金刚石电极、玻碳电极、石墨电极等惰性电极。本专利技术对阳离子型染料分子溶解性改性是基于以下原理：由于分子所带电性以及分子的极性是影响分子溶解性的重要因素，本专利技术所提供的利用电化学的方法对阳离子型染料分子的溶解性进行改性的机理是从以下两个方面来进行的：(1)对阳离子型染料分子电性的改变。阳离子型染料分子，其结构大部分都是具有季铵基团的共轭芳香环结构。该类分子所具有的正电性，是在水溶液中其结构中的季铵基团的N原子缺电子所致。因此，阳离子型染料分子电性的改变可以通过给季铵基团的N提供电子而中和其正电性，而水在阴极发生的电还原反应原位生成OH-，实现了对季铵型阳离子染料分子电性的改变。(2)基于对阳离子型染料分子极性的改变。本专利技术在阳离子型染料分子上修饰非极性的基团(-CH3、-X等憎水性或称作给电子基团)、增加分子的平面性等来降低其分子极性，从而降低阳离子型染料在水中的溶解性。由于染料分子大都具有共轭的芳香环结构，因此可以通过亲电取代的方法在染料分子的不饱和芳环上引入弱极性的基团。常见的亲电取代试剂如+NO2、+X、H3SO4+、R+、RC+O等，本专利技术选用在电化学中生成更为简便的亲电试剂+X(+Cl、+Br、+I)，以相应的卤素盐作为起始物质，控制电位电解便可以在阳极原位生成+X。本专利技术从阳离子型染料分子自身的特点出发——此类分子带正电性，具有共轭的芳香环结构，首次提出了一种新颖的运用电化学的方法来对阳离子型染料分子进行改性进而实现处理对阳离子型染料废水的有效处理，而不是使染料分子最终转化为二氧化碳、水、氮气等这一常规思路。在本专利技术中，经过电化学改性后的染料分子的溶解度降低，随后经过一个简单的过滤或者静置即可将改性后的阳离子型染料分子从其废水中分离出来，从而实现对阳离子型染料废水的高效、绿色、廉价治理的目标。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术所述处理阳离子型染料废水的新方法具有处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，其特征在于它是在待处理阳离子型染料废水体系中，以惰性电极为阳极，金属电极或惰性电极为阴极，可溶性卤素盐和导电盐为支持电解质，然后通电，对待处理阳离子型染料废水进行电解以实现阳离子型染料的电化学改性；电解后所得废水溶液经过分离，即可除去废水中的阳离子型染料。

【技术特征摘要】
1.一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，其特征在于它是在待处理阳离子型染料废水体系中，以惰性电极为阳极，金属电极或惰性电极为阴极，可溶性卤素盐和导电盐为支持电解质，然后通电，对待处理阳离子型染料废水进行电解以实现阳离子型染料的电化学改性；电解后所得废水溶液经过分离，即可除去废水中的阳离子型染料。2.根据权利要求1所述的一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，其特征在于所述的卤素盐选自四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、四丁基碘化铵、二丁基氯化铵、十六烷基溴化铵、二丁基碘化铵、氯化铵、溴化铵、碘化铵、氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、溴化钾、溴化镁、碘化钠、碘化钾中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，其特征在于所述的卤素盐在待处理阳离子型染料废水体系中的质量百分比浓度为0.04～0.5％。4.根据权利要求1所述的一种基于电化学改性法处理阳离子型染料废水的方法，其特征在于所述的导电盐选自碳酸氢钠、柠檬酸钠、磷酸二氢铵、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、硫酸镁、硫酸钠、硫酸钾、乙酸钠、乙酸锌、四丁基...

【专利技术属性】
技术研发人员：高晓芳，王创剑，杨红玲，孙梦婷，陈红祥，高芳，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42