一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕G染料废水能力的方法其应用与流程

本发明属于提高染料废水的快速还原降解能力的处理方法，具体涉及的是一种利用弱磁场条件提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的应用。

背景技术：

对于纳米零价铁来说，在应用的过程中需要考虑团聚性和稳定性这两种性质，裸露的纳米零价铁因其极容易团聚而失去活性。因此，为了降低或防止纳米零价铁团聚，必须在合成的过程中在纳米颗粒的表面附上稳定剂，为纳米颗粒提供电子排斥力和空间稳定性，从而降低纳米零价铁的团聚性和粘附性。但化学试剂的使用提高了合成成本，且对环境有害，因而利用绿色无污染的物质进行纳米零价铁的合成是具有重要意义的，所以利用紫苏籽提取液取代pvp、cmc、thf等化学物质作为表面改性剂合成纳米零价铁的方法是可行的。公开号为cn104174870a是高景峰等人申请的专利，其中提到利用葡萄籽提取液作为表面改性剂合成纳米零价铁并应用于活性艳红k-2g和活性艳蓝kn-r两种活性染料的降解的方法，该方法中所涉及葡萄籽与本发明使用的紫苏籽在结构组成上有着本质区别，制备步骤明显简化的同时并不影响合成的紫苏籽-纳米零价铁的应用效果，具有明显的进步性。

在利用绿色合成的方式解决纳米零价铁的团聚性问题的同时，在应用的过程中存在着一些问题也逐渐得到关注并有待解决和改善。将纳米零价铁加入到待降解污染物的体系中后，纳米零价铁在反应过程中会产生亚铁/铁离子，与产生的氢氧根结合生成铁的(氢)氧化物覆盖在纳米零价铁表面形成钝化膜，随着反应进行，钝化膜厚度增加而影响纳米零价铁水及污染物的之间的接触，降低了污染物的去除效率。在实际应用中，降解完污染物后往往会有纳米零价铁剩余，但是剩余的纳米零价铁对污染物的降解能力明显减弱，说明纳米零价铁的活性降低甚至完全消失。因此，解决纳米零价铁的钝化问题已经成为关注重点。

一般来说，解决纳米零价铁的钝化问题的方法有双金属体系、酸洗、氢气或硼氢化钠还原、超声法和电化学法等。但是这些处理方法存在着需要使用额外的化学药剂、消耗额外的电能以及处理要求高等缺陷，制约了这些处理方法的应用以及纳米零价铁的高效使用。考虑到铁是铁磁性物质，在弱磁场中物理化学性质可能会发生改变，因此将磁场加入到反应体系中，来提高纳米零价铁降解污染物的能力。磁场产生的磁场梯度力倾向于将纳米零价铁表面上顺磁性的亚铁离子沿着高磁场梯度转移，产生局部的电偶电流，同时电磁力刺激离子的迁移，从而打破纳米零价铁表面上覆盖的钝化膜并加快纳米零价铁的腐蚀，使体系中产生更多的电子用于污染物的降解。由于磁场条件无需额外添加化学试剂和消耗过多的能量，是一种快速便捷、绿色环保、环境友好的强化纳米零价铁的利用的方法，所以，在实际中具有广泛的应用意义。

与此同时，由于碱性棕g(bismarckbrowng)是一种碱性染料，具有色泽鲜艳，有暗红色的荧光，着色力很强，多用于微生物组织器官的细胞染色以及染料工业的染色，如果排入水体中，会严重影响水体的透光率以及水体与空气氧气交换率，威胁水体中动植物的生长，从而造成环境污染与生态破坏，因此碱性染料碱性棕g废水亟需高效的降解处理。本发明中利用弱磁场条件强化了绿色合成的纳米零价铁对碱性染料碱性棕g废水降解能力，成本低，效果好，具有更加广泛的应用意义。

本发明利用紫苏籽绿色合成纳米零价铁，在常温条件下，利用弱磁场条件，强化了纳米零价铁对碱性棕g染料的降解能力，不仅开拓了绿色表面改性剂的利用范围，降低了纳米零价铁的合成成本，同时利用弱磁场条件，提高了合成的纳米零价铁对碱性染料碱性棕g染料废水的降解能力，具有广泛的应用前景。

技术实现要素：

本发明属于提高染料废水的快速还原降解能力的处理方法，具体涉及的是一种利用弱磁场条件提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的应用。该方法首次利用紫苏籽绿色合成纳米零价铁，并且首次利用弱磁场条件，提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水的能力，方法简单快捷，绿色环保，能在短时间内达到染料脱色、降解、去除染料有机污染物的目的，并且极大地提高了绿色合成纳米零价铁的利用能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

日晒风干的紫苏籽粉碎后，以2g/l的标准配置紫苏籽溶液，进行超声，优选超声功率为50w的条件下超声15min后，用滤纸(优选中速滤纸)过滤，得到紫苏籽提取液，将紫苏籽提取液与浓度为0.1mol/l的可溶性二价铁盐溶液混合，紫苏籽提取液在上述两种混合液中的质量百分含量为2％wt，以fe²⁺:bh4^-的摩尔比例为1:2的条件缓慢加入硼氢化物溶液搅拌至无气泡产生，得到紫苏籽表面改性的纳米零价铁或紫苏籽-纳米零价铁悬浮液。在室温以及弱磁场的环境中，将所述的紫苏籽-纳米零价铁悬浮液投加到碱性棕g染料废水中，震荡，使染料废水脱色、降解，并且在纳米零价铁对碱性棕g染料降解完全的情况下，反复加入相同条件的碱性棕g染料废水，直至纳米零价铁被消耗完，充分发挥纳米零价铁的最大降解能力。

所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，其特征在于：所述紫苏籽-纳米零价铁是悬浮液，直接应用于染料废水脱色降解的剂量为0.5-2.5g/l。

所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，其特征在于：所述的弱磁场条件由磁铁提供，磁场强度为20-30mt。

所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，其特征在于：对碱性棕g染料废水降解率达到99％以上时，再次加入相同条件的碱性棕g染料废水。

所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，其特征在于：所述染料废水ph值为2-10，染料浓度为50-1000mg/l。

与已有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，优化了利用紫苏籽绿色合成纳米零价铁的过程，使其更加快捷简便地制备效果良好的紫苏籽-纳米零价铁，扩宽了绿色合成领域的材料选择范围，成本低，对环境友好。

2、本发明所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，不仅绿色合成的纳米零价铁本身就具有较高的降解碱性棕g染料废水的能力，而且在弱磁场条件下能极大地提高纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解能力。

3、本发明所述的一种提高绿色合成纳米零价铁降解碱性棕g废水能力的方法，在不同反应条件下，进行无磁场和弱磁场两种环境下绿色合成纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解能力对比，结果发现，弱磁场环境下绿色合成的纳米零价铁降解碱性棕g染料废水的能力是无磁场环境下的1.72-2.07倍。

附图说明

图1为实施例1中在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

图2为实施例2中在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

图3为实施例3中在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

图4为实施例4中在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

图5为实施例5中在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例来对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于实施例。

实施例1

日晒风干2h的紫苏籽粉碎后，以2g/l的标准配置紫苏籽溶液，超声功率为50w的条件下超声15min后，用中速滤纸过滤，得到紫苏籽提取液，将紫苏籽提取液以2％wt的质量分数与100ml浓度为0.1mol/l的可溶性二价铁盐溶液混合，以fe²⁺:bh4^-的摩尔比例为1:2的条件缓慢加入硼氢化物溶液搅拌至无气泡产生，得到紫苏籽表面改性的纳米零价铁(紫苏籽-纳米零价铁)悬浮液。在室温条件下，分别在无磁场环境下和弱磁场条件下将所述的紫苏籽-纳米零价铁悬浮液以1.5g/l的剂量投加到100ml、ph＝2、含有500mg/l碱性棕g染料的废水中，震荡，使染料废水脱色、降解，并且在纳米零价铁对染料降解完全的情况下，反复加入100ml、ph＝2、含有500mg/l碱性棕g染料的废水，直至纳米零价铁被消耗完，充分发挥纳米零价铁的最大降解能力。

本实施例中，无磁场环境下，纳米零价铁在25min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为96.62％；在弱磁场环境下，纳米零价铁的首次降解过程，在25min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.32％，在重复利用的过程中，第2次利用时，在22.5min时完成对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为84.89％，纳米零价铁失去降解能力。从时间上，处理相同的碱性棕g染料废水，无磁场和弱磁场环境下纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解速率相近；但是，从降解总量上，弱磁场环境能使纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解更彻底，还有能力进行再一次的降解利用，降解碱性棕g染料的总量为无磁场条件下的1.91倍，提高了纳米零价铁的能力。

图1为本实施例在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

实施例2

日晒风干2h的紫苏籽粉碎后，以2g/l的标准配置紫苏籽溶液，超声功率为50w的条件下超声15min后，用中速滤纸过滤，得到紫苏籽提取液，将紫苏籽提取液以2％wt的质量分数与100ml浓度为0.1mol/l的可溶性二价铁盐溶液混合，以fe²⁺:bh4^-的摩尔比例为1:2的条件缓慢加入硼氢化物溶液搅拌至无气泡产生，得到紫苏籽表面改性的纳米零价铁(紫苏籽-纳米零价铁)悬浮液。在室温条件下，分别在无磁场环境下和弱磁场条件下将所述的紫苏籽-纳米零价铁悬浮液以2.0g/l的剂量投加到100ml、ph＝4、含有750mg/l碱性棕g染料的废水中，震荡，使染料废水脱色、降解，并且在纳米零价铁对染料降解完全的情况下，反复加入100ml、ph＝4、含有750mg/l碱性棕g染料的废水，直至纳米零价铁被消耗完，充分发挥纳米零价铁的最大降解能力。

本实施例中，无磁场环境下，纳米零价铁在27.5min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为89.91％；在弱磁场环境下，纳米零价铁的首次降解过程，在27.5min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.29％，在重复利用的过程中，第2次利用时，在22.5min时完成对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为63.23％，纳米零价铁失去降解能力。从时间上，处理相同的碱性棕g染料废水，无磁场和弱磁场环境下纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解速率相近；但是，从降解总量上，弱磁场环境能使纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解更彻底，还有能力进行再一次的降解利用，降解碱性棕g染料的总量为无磁场条件下的1.81倍，提高了纳米零价铁的能力。

图2为本实施例在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

实施例3

日晒风干2h的紫苏籽粉碎后，以2g/l的标准配置紫苏籽溶液，超声功率为50w的条件下超声15min后，用中速滤纸过滤，得到紫苏籽提取液，将紫苏籽提取液以2％wt的质量分数与100ml浓度为0.1mol/l的可溶性二价铁盐溶液混合，以fe²⁺:bh4^-的摩尔比例为1:2的条件缓慢加入硼氢化物溶液搅拌至无气泡产生，得到紫苏籽表面改性的纳米零价铁(紫苏籽-纳米零价铁)悬浮液。在室温条件下，分别在无磁场环境下和弱磁场条件下将所述的紫苏籽-纳米零价铁悬浮液以2.5g/l的剂量投加到100ml、ph＝6、含有1000mg/l碱性棕g染料的废水中，震荡，使染料废水脱色、降解，并且在纳米零价铁对染料降解完全的情况下，反复加入100ml、ph＝6、含有1000mg/l碱性棕g染料的废水，直至纳米零价铁被消耗完，充分发挥纳米零价铁的最大降解能力。

本实施例中，无磁场环境下，纳米零价铁在27.5min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为85.11％；在弱磁场环境下，纳米零价铁的首次降解过程，在27.5min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.49％，在重复利用的过程中，第2次利用时，在30min时完成对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为77.06％，纳米零价铁失去降解能力。从时间上，处理相同的碱性棕g染料废水，无磁场和弱磁场环境下纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解速率相近；但是，从降解总量上，弱磁场环境能使纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解更彻底，还有能力进行再一次的降解利用，降解碱性棕g染料的总量为无磁场条件下的2.07倍，提高了纳米零价铁的能力。

图3为本实施例在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

实施例4

日晒风干2h的紫苏籽粉碎后，以2g/l的标准配置紫苏籽溶液，超声功率为50w的条件下超声15min后，用中速滤纸过滤，得到紫苏籽提取液，将紫苏籽提取液以2％wt的质量分数与100ml浓度为0.1mol/l的可溶性二价铁盐溶液混合，以fe²⁺:bh4^-的摩尔比例为1:2的条件缓慢加入硼氢化物溶液搅拌至无气泡产生，得到紫苏籽表面改性的纳米零价铁(紫苏籽-纳米零价铁)悬浮液。在室温条件下，分别在无磁场环境下和弱磁场条件下将所述的紫苏籽-纳米零价铁悬浮液以0.5g/l的剂量投加到100ml、ph＝8、含有50mg/l碱性棕g染料的废水中，震荡，使染料废水脱色、降解，并且在纳米零价铁对染料降解完全的情况下，反复加入100ml、ph＝8、含有50mg/l碱性棕g染料的废水，直至纳米零价铁被消耗完，充分发挥纳米零价铁的最大降解能力。

本实施例中，无磁场环境下，纳米零价铁在20.0min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.01％；在重复利用的过程中，第2次利用时，在20min失去降解能力，降解率为83.02％。在弱磁场环境下，纳米零价铁的首次降解过程，在15min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.20％，在重复利用的过程中，第2-3次利用时，分别在15min和17.5min时完成对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率分别为99.25％和99.29％，在第4次利用时，纳米零价铁在15min时失去降解能力，降解率为77.16％。从时间上，处理相同的碱性棕g染料废水，无磁场和弱磁场环境下纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解速率相近；但是，从降解总量上，弱磁场环境能使纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解更彻底，还有能力对更多碱性棕g染料进行降解，降解碱性棕g染料的总量为无磁场条件下的2.05倍，提高了纳米零价铁的能力。

图4为本实施例在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。

实施例5

日晒风干2h的紫苏籽粉碎后，以2g/l的标准配置紫苏籽溶液，超声功率为50w的条件下超声15min后，用中速滤纸过滤，得到紫苏籽提取液，将紫苏籽提取液以2％wt的质量分数与100ml浓度为0.1mol/l的可溶性二价铁盐溶液混合，以fe²⁺:bh4^-的摩尔比例为1:2的条件缓慢加入硼氢化物溶液搅拌至无气泡产生，得到紫苏籽表面改性的纳米零价铁(紫苏籽-纳米零价铁)悬浮液。在室温条件下，分别在无磁场环境下和弱磁场条件下将所述的紫苏籽-纳米零价铁悬浮液以1.0g/l的剂量投加到100ml、ph＝10、含有250mg/l碱性棕g染料的废水中，震荡，使染料废水脱色、降解，并且在纳米零价铁对染料降解完全的情况下，反复加入100ml、ph＝10、含有250mg/l碱性棕g染料的废水，直至纳米零价铁被消耗完，充分发挥纳米零价铁的最大降解能力。

本实施例中，无磁场环境下，纳米零价铁在22.5min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.00％；在重复利用的过程中，第2次利用时，在17.5min失去降解能力，降解率为63.61％。在弱磁场环境下，纳米零价铁的首次降解过程，在20min内完成了对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率为99.05％，在重复利用的过程中，第2次利用时，在20min时完成对废水中碱性棕g染料的还原降解，降解率分别为99.12％，在第3次利用时，纳米零价铁在15min时失去降解能力，降解率为80.12％。从时间上，处理相同的碱性棕g染料废水，无磁场和弱磁场环境下纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解速率相近；但是，从降解总量上，弱磁场环境能使纳米零价铁对碱性棕g染料废水的降解更彻底，还有能力对更多碱性棕g染料进行降解，降解碱性棕g染料的总量为无磁场条件下的1.72倍，提高了纳米零价铁的能力。

图5为本实施例在无磁场和弱磁场环境中，合成的纳米零价铁对废水中碱性棕g染料降解能力的对比曲线。