本发明涉及一种利用光催化技术降解高浓度染料的方法。
背景技术：
染料被广泛应用于纺织，绘画，皮革，印刷，包装纸，食品，化妆品，摄影，涂料等行业，给人们带来了美好生活和极大便利，然而，由于这些染料化合物具有很深的颜色，也造成了严重的环境污染问题，尤其是对水资源的污染。据估计，大约有10-15％的染料在纺织印染厂的生产过程中当作污水排掉。这些污水有毒又多半不能生物降解，且对物理化学的处理方法有着顽强的抵抗力，特别是处理高浓度染料废水的难度会格外大。此外，与其他污染物废水相比，废水中只要有微量的染料存在，颜色就清晰可见并显著影响水文环境。因此，有必要寻找一种简单、快速且有效处理染料废水的新方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用光催化技术降解高浓度染料的方法，该方法降解效率高，原料广，成本低，反应条件温和。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用光催化技术降解高浓度染料的方法，包括以下步骤：
(1)在被染料染色的混合液中加入亚硫酸根离子，使得混合液中亚硫酸根离子的浓度为0.1-10g/l；
(2)将步骤(1)中添加了亚硫酸根离子的混合液置于辐射照度为18300μw/cm2的太阳光或者紫外光环境下持续照射10-20min。
作为优选的，所述的亚硫酸根离子由亚硫酸钠或亚硫酸氢钠提供。
作为优选的，所述的步骤(2)中反应温度为18-22℃，ph最佳值为4。
为简单说明问题起见，以下对本发明所述的一种利用光催化技术降解高浓度染料的方法均简称为本方法。
本方法降解染料的原理为：
亚硫酸根在太阳光或紫外光的照射下，产生·so3─自由基和水合电子eaq─，这两步连续的电子转移过程如下所示：
so32─+hv→·so3─+eaq─
·so3─+h2o→so42─+2h++eaq─
由以上反应可以看出，1molso32─可以产生2mol水合电子eaq─，因而引入so32─后反应体系中的水合电子eaq─激增，加速水合电子eaq─迁移到染料分子表面的迁移速率，有利于光催化还原反应的进行。
与此同时，·so3─与o2反应，生成·so5─和·so4─，然后·so4─与水接着发生反应生成·oh，具体反应过程如下：
·so3─+o2→·so5─
·so5─+so32─→so42─+·so4─
·so4─+h2o→so42─+·oh+h+
需要说明的是，上述的·oh、·so3─、·so4─、·so5─均为反应产生的自由基中间体。
综上所述，上述反应生成·so5─、·so4─和·oh自由基等具有强氧化性，对染料的作用是光催化氧化反应。总之，该体系中同时包含有光催化还原反应和光催化氧化反应，这对快速降解染料起到至关重要的作用。
本方法的优点：本方法在太阳光或紫外光的照射下，利用亚硫酸根就能快速降解偶氮染料，且效果良好。本方法还具有原料广，成本低，反应条件温和，后处理简单，操作方便等特点。
具体实施方式
实施例一：
(1)在被甲基橙染料染色的溶液中加入亚硫酸钠得到反应液，使得混合液中亚硫酸根离子的浓度为1g/l，甲基橙的初始浓度为0.01g/l，反应液初始ph值为6.0；
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌，将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源，中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm，中压汞灯功率为375w，特征波长为365nm，辐射照度为18300μw/cm2，照射时间为10min，并且控制反应液的反应温度为20℃。
实施例二：
(1)在被橙黄ⅳ染料染色的溶液中加入亚硫酸钠得到反应液，使得混合液中亚硫酸根离子的浓度为1g/l，橙黄ⅳ的初始浓度为0.0055g/l，反应液初始ph值为6.0；
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌，将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源，中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm，中压汞灯功率为375w，特征波长为365nm，辐射照度为18300μw/cm2，照射时间为10min，并且控制反应液的反应温度为20℃。
实施例三：
(1)在被甲基红染料染色的溶液中加入亚硫酸氢钠得到反应液，使得混合液中亚硫酸根离子的浓度为1g/l，甲基红的初始浓度为0.007g/l，反应液初始ph值为6.0；
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌，将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源，中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm，中压汞灯功率为375w，特征波长为365nm，辐射照度为18300μw/cm2，照射时间为10min，并且控制反应液的反应温度为18℃。
实施例四：
(1)在被亚甲基蓝染料染色的溶液中加入亚硫酸氢钠得到反应液，使得混合液中亚硫酸根离子的浓度为1g/l，亚甲基蓝的初始浓度为0.009g/l，反应液初始ph值为6.0；
(2)将步骤(1)所得反应液置于开口直径为12cm的烧杯中并用磁子不断搅拌，将一个中压汞灯置于烧杯开口的正上方作为紫外光源，中压汞灯距离烧杯内液面高度为11cm，中压汞灯功率为375w，特征波长为365nm，辐射照度为18300μw/cm2，照射时间为10min，并且控制反应液的反应温度为22℃。
为进一步说明本方法的效果，现针对实施例一和实施例二的实验结果进行检验。
对比试验一：
分别设置黑暗条件下的对照组，用分光光度计分别测出溶液在反应前吸光度(a0)和反应后的吸光度(a)，从而可以算出染料的降解率η＝(a0－a)/a0×100％。
对实施例一，实验结果表明，甲基橙在光照时间10min后的降解率达95.9％，而在黑暗态条件下仅为3.2％。
对实施例二，实验结果表明，橙黄ⅳ光照时间10min后的降解率达94.7％，而在暗态条件下的仅为3.6％。
由此可见，在太阳光或紫外光的照射下，利用亚硫酸根就能有效降解高浓度染料。
对比实验二：
对实施例一，在步骤(1)初始ph为6的情况下，加入hcl溶液调节反应液ph值为4，然后按照步骤(2)进行光催化反应操作，当反应进行至8min时，停止反应，用分光光度计测量反应液吸光度并计算降解率，经过三次平行实验甲基橙的降解率平均值为95.4％。
对实施例一，在步骤(1)初始ph为6的情况下，加入hcl溶液调节反应液ph值为4，然后按照步骤(2)进行光催化反应操作，当反应进行至8min时，停止反应，用分光光度计测量反应液吸光度并计算降解率，经过三次平行实验橙黄ⅳ的降解率平均值为94.8％。
由此可见，当反应液ph值为4时，达到相同降解率的时间会减少，反应速度明显加快。
需要说明的是，以上实施例仅作为本发明的进一步说明，并不是对本发明的限定，经大量实验表明，通过本方法，日落黄、刚果红、橙黄g、胭脂红、丽春红s、萘酚绿b、靛蓝、酸性红g等也能被降解处理。