专利名称：一种用于染料废水处理的光催化氧化方法
技术领域：
本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种用于染料废水处理的光催化氧化方法。
背景技术：
染料生产和印染工业产生的染料废水是一种很难降解的行业性废水。其中常见的染料种类有活性艳红k-2G、染料阳离子桃红FG、酸性红B、分散橙149、直接耐晒翠兰GL、碱性黄86等有毒物质，染料废水成分复杂、多变且具有毒性，使用常规生化方法很难处理此类废水。二氧化钛光催化氧化法是近年来发展的一项新兴的氧化技术方法，其用于染料废水处理是通过人造光源或太阳光照射，激发催化剂产生大量的活性氧物种，如羟基自由基，超氧阴离子自由基等，攻击染料的发色团，导致染料化合物脱色，进而使染料分子矿化为易于除去的、无毒的或低毒的小分子化合物。二氧化钛光催化氧化方法主要采用粉末TiO2悬浮液反应和固定化催化剂(负载，镀膜等)的填充床反应两种方式。前者使用粉末状TiO2为催化剂的悬浆体系，但是粉末催化剂会影响光的通透性，而且粉末催化剂的分离回收设备复杂，费用高昂且耗时，当进行连续运行时，需要大量的催化剂补充。而采用固定化催化剂的填充床反应则是将催化剂固定在一定的载体上如纤维，陶粒，反应器壁等，负载过程复杂，原料成本高昂，高温烧结时还会导致催化剂的活性降低；而且使用固定化的催化剂进行光催化反应时，会使反应受到传质限制，催化剂容易发生堵塞，光能利用率低；另外反应过程中活性成分脱落和表面玷污问题也直接影响该技术的效率和推广应用。
二氧化钛光催化氧化法常用的光源主要有人造光源和太阳光两种。太阳光作为光源易受季节和气候等因素影响，光强分布不均匀，可控性差，而且太阳光的反应器占地面积大。人造光源通常是使用高压紫外灯作为光源，一方面，会有大量的光能转化为热能，能量散失，光能利用率低；另一方面，这种光源需要配置稳压装置和冷却系统，这样就会导致操作复杂，费用增加。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术催化活性低、催化剂容易发生堵塞、光能利用率低的缺陷，从而提供一种光能利用率高、催化剂价格低廉且操作简单的用于染料废水处理的光催化氧化方法。
本发明的目的是由以下的技术方案实现的本发明提供一种用于染料废水处理的光催化氧化方法，其具体步骤如下在流化床反应器中，使用波长为254nm或365nm，功率为8～36W的紫外灯作为电光源照射，加入颗粒状TiO2光催化剂，将待处理的染料废水泵入流化床反应器，并同时鼓入空气，在颗粒状TiO2光催化剂呈流化状态下，连续或间歇进行光催化氧化反应0.5～2小时，排出处理过的废水，得到净化水；所使用的颗粒状TiO2光催化剂，其颗粒的比表面积为50～194.3m2/g，堆密度为0.85～1kg/L，等电点为6.0～6.5，粒径为16～100目；其颗粒状TiO2光催化剂的加入量为每升待处理的染料废水中加入10～30克的颗粒状TiO2光催化剂；所述空气的鼓入量为2～10L/min。
所述待处理的染料废水中含有的染料种类为阳离子染料、活性染料、酸性染料、分散染料、直接染料或碱性染料。
所述的阳离子染料为阳离子桃红FG。
所述的活性染料为活性艳红k-2G。
所述的酸性染料为酸性红B。
所述的分散染料为分散橙149。
所述的直接染料为直接耐晒翠兰GL。
所述的碱性染料为碱性黄86。
本发明提供的用于染料废水处理的光催化氧化方法优点在于1、改性的TiO2光催化剂活性高，性能稳定，再生简单，不会引起二次污染，可大规模生产应用；2、本发明所选用的低功率紫外灯不需要稳压装置和冷却系统，光能利用率高，成本和操作费用低廉；
3、流化床中，流化态的光催化剂与待反应溶液充分接触，能够更有效的利用光能，对染料化合物的降解效率高；且催化剂不随反应液流出，不存在分离和回收、活性成分脱落、催化剂堵塞、传质限制等问题，催化剂在流化状态下不易玷污，可起到自净化的作用；4、本方法对多种难降解的染料化合物的光催化降解矿化效果较好。
图1是本发明流化床反应器的示意图；其中1 贮液槽 2 泵 3 液体流量计 4 空气压缩机5 气体流量计 6 反应器 7 石英套管8 电光源9 溢流口 10 取样口 11 取样口 12 催化剂具体实施方式
本发明结合附图1的装置图来进一步详述本发明的方法。
图1为一种实施本发明方法的流化床反应器示意图，其中1贮液槽，2泵，3液体流量计，4空气压缩机，5气体流量计，6反应器，7石英套管，8电光源，9溢流口，10取样口，11取样口，12催化剂。下面的实施例均在此流化床反应器中进行。
实施例1、使用本发明方法对染料活性艳红k-2G溶液进行光催化氧化处理将染料活性艳红k-2G配制成浓度为120ppm的水溶液，置于贮液槽(1)中；使用一个如图1所示的圆柱形流化床反应器(6)中，其直径为150mm，长度为600mm；反应器中央为36w紫外灯(8)，主波长为254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源与反应液接触被玷污；使用的催化剂是北京钛催化剂有限公司生产的改性TiO2，其颗粒比表面积为194.3m2/g，堆密度为0.897kg/L，等电点为6.12，粒径为20～40目；使用泵(2)、并通过液体流量计(3)将2L上述染料活性艳红k-2G水溶液引入反应器(6)中，并在反应器壁和电光源的石英套管间加入上述催化剂60g；使用空气压缩机(4)、并通过气体流量计(5)，以4L/min鼓入空气，使催化剂呈流化状态；待染料水溶液在催化剂上达到吸附平衡后，开启40w紫外灯(8)；半小时后，由溢流口(9)分出净化水，其脱色率为70％，总有机碳TOC去除率为50％。
实施例2、使用本发明方法对染料阳离子桃红FG溶液进行光催化氧化处理实验方法同实施例1。
将染料阳离子桃红FG配制成浓度为50ppm的水溶液；使用市售的TiO2，其颗粒比表面积为50m2/g，堆密度为0.85kg/L，等电点为6.0，粒径为16～60目；使用一个如图1所示的圆柱形流化床反应器(6)中，其直径为150mm，长度为600mm；反应器中央为8w紫外灯(8)，主波长为365nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源与反应液接触被玷污；向反应器引入2L上述染料阳离子桃红FG水溶液，并加入光催化剂20g，鼓入的空气量为10L/min，使催化剂呈流化状态；待染料水溶液在催化剂上达到吸附平衡后，开启8w紫外灯；2小时后，分出净化水，其脱色率为95％，总有机碳TOC去除率为75％。
实施例3、使用本发明方法对染料酸性红B溶液进行光催化氧化处理实验方法同实施例1。
将染料酸性红B配制成浓度为50ppm的水溶液；将北京钛催化剂有限公司生产的改性TiO2，其颗粒比表面积为100m2/g，堆密度为1kg/L，等电点为6.5，粒径为80～100目；使用一个如图1所示的圆柱形流化床反应器(6)中，其直径为150mm，长度为600mm；反应器中央为30w紫外灯(8)，主波长为254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源与反应液接触被玷污；向反应器引入2L上述水溶液，并加入光催化剂40g，鼓入的空气量为4L/min，使催化剂呈流化状态；待染料水溶液在催化剂上达到吸附平衡后，开启30w紫外灯；1小时后，分出净化水，其脱色率为72％，总有机碳TOC去除率为53％。
实施例4、使用本发明方法对染料分散橙149溶液进行光催化氧化处理实验方法同实施例1。
将染料分散橙149配制成浓度为50ppm的水溶液；将北京钛催化剂有限公司生产的改性TiO2，其颗粒比表面积为179m2/g，堆密度为1kg/L，等电点为6.5，粒径为80～100目；使用一个如图1所示的圆柱形流化床反应器(6)中，其直径为150mm，长度为600mm；反应器中央为30w紫外灯(8)，主波长为254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源与反应液接触被玷污；向反应器引入2L上述水溶液，并加入光催化剂40g，鼓入的空气量为4L/min，使催化剂呈流化状态；待染料水溶液在催化剂上达到吸附平衡后，开启30w紫外灯；1小时后，分出净化水，其脱色率为70％，总有机碳TOC去除率为50％。
实施例5、使用本发明方法对染料直接耐晒翠兰GL溶液进行光催化氧化处理实验方法同实施例1。
将染料直接耐晒翠兰GL配制成浓度为50ppm的水溶液；将北京钛催化剂有限公司生产的改性TiO2，其颗粒比表面积为194.3m2/g，堆密度为1kg/L，等电点为6.5，粒径为80～100目；使用一个如图1所示的圆柱形流化床反应器(6)中，其直径为150mm，长度为600mm；反应器中央为30w紫外灯(8)，主波长为254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源与反应液接触被玷污；向反应器引入2L上述水溶液，并加入光催化剂40g，鼓入的空气量为4L/min，使催化剂呈流化状态；待染料水溶液在催化剂上达到吸附平衡后，开启30w紫外灯；1小时后，分出净化水，其脱色率为69％，总有机碳TOC去除率为47％。
实施例6、使用本发明方法对染料碱性黄86溶液进行光催化氧化处理实验方法同实施例1。
将染料碱性黄86配制成浓度为50ppm的水溶液；将北京钛催化剂有限公司生产的改性TiO2，其颗粒比表面积为194.3m2/g，堆密度为1kg/L，等电点为6.5，粒径为80～100目；使用一个如图1所示的圆柱形流化床反应器(6)中，其直径为150mm，长度为600mm；反应器中央为30w紫外灯(8)，主波长为254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源与反应液接触被玷污；向反应器引入2L上述水溶液，并加入光催化剂40g，鼓入的空气量为4L/min，使催化剂呈流化状态；待染料水溶液在催化剂上达到吸附平衡后，开启30w紫外灯；1小时后，分出净化水，其脱色率为73％，总有机碳TOC去除率为55％。
本发明实施例中反应器中催化剂使用100小时后活性的降低＜10％，用自来水冲洗即可基本恢复活性，连续反应200小时以上催化剂仍能保持较高活性。
权利要求
1.一种用于染料废水处理的光催化氧化方法，其具体步骤如下在流化床反应器中，使用波长为254nm或365nm，功率为8～36W的紫外灯作为电光源照射，加入颗粒状TiO2光催化剂，将待处理的染料废水泵入流化床反应器，并同时鼓入空气，在颗粒状TiO2光催化剂呈流化状态下，连续或间歇进行光催化氧化反应0.5～2小时，排出处理过的废水，得到净化水；所使用的颗粒状TiO2光催化剂，其颗粒的比表面积为50～194.3m2/g，堆密度为0.85～1kg/L，等电点为6.0～6.5，粒径为16～100目；其颗粒状TiO2光催化剂的加入量为每升待处理的染料废水中加入10～30克的颗粒状TiO2光催化剂；所述空气的鼓入量为2～10L/min。
2.如权利要求1所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述待处理的染料废水中含有的染料种类为阳离子染料、活性染料、酸性染料、分散染料、直接染料或碱性染料。
3.如权利要求2所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述的阳离子染料为阳离子桃红FG。
4.如权利要求2所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述的活性染料为活性艳红k-2G。
5.如权利要求2所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述的酸性染料为酸性红B。
6.如权利要求2所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述的分散染料为分散橙149。
7.如权利要求2所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述的直接染料为直接耐晒翠兰GL。
8.如权利要求2所述的用于染料废水处理的光催化氧化方法，其特征在于所述的碱性染料为碱性黄86。
全文摘要
本发明涉及一种用于染料废水处理的光催化氧化方法，该法使用颗粒状TiO
文档编号C02F1/32GK1565982SQ0313756
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月18日 优先权日2003年6月18日
发明者王怡中, 李薇 申请人:中国科学院生态环境研究中心