申请日2007.10.17
公开(公告)日2009.04.22
IPC分类号B01J23/745; C02F103/30; C02F1/30; B01J23/72
摘要
本发明涉及染料废水处理，具体地说是一种制备处理染料废水联合改性的催化剂方法。具体为：将80-200mL水合肼加入搅拌状态下150-400mL五水硫酸铜溶液中陈化15-35min，而后再加入15-30g工业铁粉，搅拌2-5min，过滤得沉淀物，将沉淀经蒸馏水洗涤，烘干即得催化剂。本发明有效的将内电解和光催化两种方法有机结合起来，制备一种高效、经济、无毒的催化剂，具有性能稳定、高效、适用性广、无污染、对环境友好从而强化染料废水处理的效果。本发明催化剂的制备工艺简单、反应条件温和，原材料廉价且来源广泛。
权利要求书
1.一种制备处理染料废水联合改性催化剂的方法，其特征在于：将 80-200mL水合肼加入搅拌状态下150-400mL五水硫酸铜溶液中陈化15-35 min，而后再加入15-30g工业铁粉，搅拌2-5min，过滤得沉淀物，将沉淀 经蒸馏水洗涤，烘干即得催化剂。
2.按权利要求1所述的制备处理染料废水联合改性催化剂的方法，其 特征在于：所述加入水合肼时将硫酸溶液剧烈搅拌，五水硫酸铜溶液浓度 为：0.2-0.5mol/L;所述过滤时所得滤液可重复利用。
3.按权利要求1所述的制备处理染料废水联合改性催化剂的方法，其 特征在于：所述烘干温度为70-120℃。
说明书
一种制备处理染料废水联合改性催化剂的方法
技术领域
本发明涉及染料废水处理，具体地说是一种制备处理染料废水联合 改性催化剂的方法。
背景技术
随着化工工业的发展，印染行业采用的染料品种不断增多，不仅在结构 上环数增加，碳链增长，染色基团也增多，而且还常常含有多种具有生物 毒性或“三致”(致癌、致畸、致突变)效应的有机污染物，这些有机污染 物排入到水环境后，难以采用常规方法进行治理，尤其是废水中残存的染 料组分即使浓度很低，排入水体也会造成水体透光率降低，导致水体生态 系统的破坏，由此造成的生态危害及经济损失是不可计量的。而且，我国 纺织印染行业的单位耗水量和单位排污总量大，发展迅速的中小型企业由 于资金和技术等方面的原因大多数没有治理污染的措施，再加上我国纺织 印染行业产量大、生产企业分散等原因造成染料废水的治理深度和广度都 不够。近年来，有关“三废”的排放标准和法规不仅在数量上不断增加， 标准也更为严格和苛刻，因此探索一种容易为工业企业所接受的简单、经 济、高效、低耗、安全、无害的净化染料废水的处理方法是一项很紧迫， 也很有意义的工作。
近年来，有关内电解反应和光催化反应处理工业废水的研究非常活跃， 研究所涉及到的内容也很广泛。其中，内电解法又称铁屑法。20世纪70年 代，前苏联科学工作者把该法首次应用于印染废水处理，随后被引入我国。 该法曾用于各种规模的印染企业废水治理工程，效果良好;而光催化氧化 技术是一种新兴的较为有效的处理废水的高级化学氧化技术。由于是一种 物理化学过程，很易加以控制，满足各种废水处理要求，且能耗低，反应 条件温和，在紫外光照射或暴露在太阳光下发生。
内电解法是基于电化学原理，将铸铁屑作为滤料，使染料废水浸没或 通过，利用Fe和Fe/C与溶液的电位差，发生电极反应。反应过程中产生 较高化学活性的新生态[H]，能与染料废水中多种组分发生氧化-还原反应， 破坏染料发色结构或基团，阳极产生的新生态Fe2+，其水解产物有较强的吸 附和絮凝作用，达到去除污染物的目的;铁是活泼金属，在酸性条件下， 它的还原能力可使某些有机物被还原为还原态。铁的这种还原作用能使一 些大分子染料降解为低分子无色物质，具有脱色的作用，同时也提高了废 水的生物降解性，为进一步生化处理创造了有利条件。铁屑法处理染料废 水的特点主要有：(1)适用范围广，可对不同种类及结构的染料除色且除 色效率高;(2)可提高难降解染料的可生化性;(3)取材容易且不耗电， 处理成本低;(4)使用寿命长，操作维护方便;(5)占地面积小，系统构 造简单，整个装置易于定型化。但是，铁屑法工艺在实际运行中也暴露出 一些问题。比如，铁屑法对废水COD去除较差;随着反应时间的延长，铁 屑易结块出现沟流现象，而且电极反应的产物容易在铁屑表面沉积使铁屑 钝化，从而大大降低处理效果。此外，铁屑法处理废水通常是在酸性条件 下进行的，因而溶出的铁量大，增加了脱水工程的负担，而且进水与出水 的pH调节也比较繁琐。综上所述，铁屑内电解法不宜单独使用，如果将此 法与其他方法联用而协同互补，则将具有相当大的应用前景和经济开发潜 力。
光催化氧化法则是利用某些物质(如铁配合物、简单化合物等)在光照 的作用下所产生的自由基来氧化染料分子。光催化反应过程中没有加入污 染物，且产物安全，消除了二次污染，是一种高效节能型的废水处理技术。 而且，光催化法最显著的特点是在反应过程中会产生氢氧自由基(·OH)， 它的氧化性能很强，可以诱发一系列后续反应的发生，其中·OH几乎无选择 性地与废水中的任何有机污染物反应，将污染物彻底氧化为二氧化碳、水 或矿物盐，净化度高，适用范围广。目前较为常用的光催化剂是TiO2。TiO2 光催化氧化法在pH为3-11时产生·OH，使染料分子迅速分解而获得良好的 脱色效果。TiO2的禁带和导带的宽度为3-3.5eV，需要在紫外光的照射下， 才能有效地产生·OH和空穴对来降解有机污染物，从而在一定程度上限制了 这项技术的应用。因此，寻找新型的光催化剂成为光催化法近年来研究的 重点。氧化亚铜(Cu2O)是一种p型半导体材料，在太阳光电池研究中，已 证明Cu2O是一种可见光催化剂，且其稳定性大大超出了人们的预料。这一 发现使它的应用范围更加广泛。目前，国内外均有采用Cu2O作为光催化剂 降解有机物的报道，可见它将成为光催化领域的又一研究重点。
内电解法和光催化法都是能够较为有效地处理染料废水的方法，但是单 独使用两种方法处理废水时各有利弊。比如内电解对染料的脱色效果较好， 但是对COD的去除不理想;光催化法对染料分子降解的很彻底，但是对于 色度较大的染料，光的透过率较差，直接导致对染料的去除效果降低。如 果将两种方法有机结合起来，取长补短，发挥它们各自的特长，将会更为 有效地处理染料废水。目前，国内外还没有将两种方法并联起来协同处理 染料废水的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效、经济、无毒的制备处理染料废水联 合改性催化剂的方法。
为实现上述目的本发明采用的技术方案为：
制备处理染料废水联合改性催化剂的方法：将80-200mL水合肼加入搅 拌状态下150-400mL五水硫酸铜溶液中陈化15-35min，而后再加入15-30g 工业铁粉，搅拌2-5min，过滤得沉淀物，将沉淀经蒸馏水洗涤，烘干即得 催化剂。
所述加入水合肼时将硫酸溶液剧烈搅拌，五水硫酸铜溶液浓度为： 0.2-0.5mol/L;所述过滤时所得滤液可重复利用。所述烘干温度为70-120 ℃。
本发明具有以下优点：
1.本发明制备的催化剂集合了铁屑法和光催化法的优点，弥补了两种 方法在单独使用时各自的不足之处。其中，铁粉的加入可以使染料废水快 速脱色，增加可见光在废水中的透过率;同时，Cu2O的光催化性能，可以 使染料分子降解的更为彻底。
2.本发明在制备过程中铁粉投入溶液后，它可以与溶液内剩余的铜离 子发生化学置换反应，使铁粉表面包裹了一层铜及其氧化物的外壳，扩大 了电极反应的电位差，加快了铁的腐蚀速度，从而增大了对染料分子的还 原作用。同时，由于铁粉表面发生了改变，且反应体系内参杂有Cu2O粉末， 这就减缓了铁粉结块的现象，使内电解的功效发挥的更好。
3.本发明采用的原材料廉价易得，制作工艺过程简单、安全，反应条 件温和，常温常压下反应即可。
4.本发明的催化剂制备过程中原料比例可灵活掌握。加入铁粉前，仅 须保证硫酸铜稍微过量即可。水合肼与铁粉的用量可以根据废水类型的不 同适当调整。
5.对环境友好，后续处理要求低，无二次污染。本发明的催化剂制备 完成后的滤液含有亚铁子，可提纯回收利用，不会对环境造成进一步危害。
6.本发明对设备要求不高，工艺过程简单，可大规模处理染料废水， 有望实施产业化，与单独使用铁屑内电解法或光催化法相比，具有广阔的 市场前景。