一种降解废水中芳甲烷染料的方法与流程

本发明属于有机物降解，具体涉及一种降解废水中芳甲烷染料的方法。

背景技术：

1、水污染一直以来都是环境污染中的一个重要问题，其中由工业生产排放的废水危害极大，尤其是印染纺织行业中使用的某些染料若渗透进自然水体中将会严重危害人们的健康。印染废水中有机物浓度高、成分复杂，很难进行有效降解。

2、传统的处理水污染的技术主要可以分为物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术。物理处理技术以溶剂萃取法、活性炭吸附法为主，溶剂萃取法利用不同的物质在不同溶剂中的溶解度的差异使特定物质完全或部分分离，活性炭吸附法依据的是活性炭颗粒对有机分子的物理吸附；物理处理技术降解能力有限并且容易造成二次污染。化学处理技术主要是通过氧化反应降解有机物，这种方法降解效率较高，但仍然会造成二次污染，且随污染物种类的增加降解效率会不断降低。生物处理技术是利用自然环境中微生物来氧化分解废水中的有机物和某些无机毒物，将其转化为稳定无害的无机物，这种方法不会造成二次污染，并且不会破坏生态环境，但其降解速度慢，受温度和酸碱性影响较大，只能降解较低浓度的有机废水。传统的处理水污染方法都有各自的弊端，找到一种更加高效、节能、无污染、可控制的处理水污染的方法迫在眉睫。

3、光降解技术因其高效、节能、可控等优点而备受关注。该技术需要紫外光对有机废水进行照射，光辐射与过氧化氢、氧气等氧化剂结合产生羟基自由基，从而促进有机物的降解，目前现有的紫外光光源为汞蒸气灯或紫外激光。汞蒸气灯会带来汞元素危害，在使用过程中亮度不均、寿命较短且需要长时间的预热才能保证温度的工作状态，相比而言，激光则是一种高效、节能、可控、安全的光源；而紫外激光光源降解有机物时，激光的波长需要集中在紫外区域，对波长要求较高且稳定性较差，成本高，不适合大规模工业化应用。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种降解废水中芳甲烷染料的方法。

2、为解决其技术问题所采取的技术方案是，提供一种降解废水中芳甲烷染料的方法，包括以下步骤：向含有芳甲烷染料的废水中加入过氧化氢进行搅拌反应，再加入固态金属，调节ph，最后利用激光进行辐照处理。

3、本发明采用上述技术方案的有益效果为：将过氧化氢混合固态金属加入含有芳甲烷染料的废水中，调节ph后利用激光进行激光辐照处理，以形成“激光等离子体”降解光源，激光诱导的等离子体是一种全部或部分电离的气体物质，其中含有原子、分子及粒子的亚稳态和激发态，从而产生从紫外到红外的宽谱辐射光，其中的紫外部分占比高、能量强，可直接破坏废水中芳甲烷染料的化学键并将其分解为小分子物质，同时紫外光直接激活过氧化氢和溶液中的水以产生羟基自由基，将废水中的芳甲烷分解。

4、优选的，废水与过氧化氢的体积比为(2.5～3.5):(0.5～1.5)。

5、本发明采用上述技术方案的有益效果为：废水与过氧化氢的体积比为(2.5～3.5):(0.5～1.5)可确保分解过程中整个溶液体系中的·oh含量达到饱和水平，以达到稳定的降解率。

6、更优选的，废水与过氧化氢的体积比为3:1。

7、优选的，芳甲烷染料为孔雀石绿、罗丹明b、品红、阳离子蓝b、碱性结晶紫、甲基绿、酸性湖蓝a或金胺。

8、本发明采用上述技术方案的有益效果为：激光等离子体作为光源降解芳甲烷染料主要是通过激发化合物基团断裂，供给断裂所需能量，同时溶液中的·oh进攻发色基团(苯胺基、羧基和极不稳定的n+)并造成断裂，激光等离子体紫外光波的能量远大于上述芳甲烷染料化学键所需能量，可直接破坏其化学键将其分解为小分子物质；同时，溶液中的·oh具有极强的得电子能力，通过寻找氢、加成和电子转移的方式供给上述芳甲烷化合物，实现其最终的氧化分解。

9、更优选的，芳甲烷染料为罗丹明b。

10、优选的，搅拌反应具体为：在常温且无光环境下搅拌25～35min。

11、本发明采用上述技术方案的有益效果为：向废水中加入过氧化氢后在无光环境下进行搅拌，有利于保持溶液均匀性，提高反应过程中的反应速率，降低能量消耗，同时，由于双氧水极不稳定，容易在高温或光照环境下分解，因此搅拌时应保持在常温且无光环境下。

12、优选的，固态金属为纯铁片；纯铁片与废水的料液比为0.5～1.5g:30～50ml。

13、本发明采用上述技术方案的有益效果为：使用纯铁片是为了引入其他杂质金属离子，在溶液中加入纯铁片形成“激光+fe”的激光等离子体模式，在激光等离子体降解废水中芳甲烷染料的过程中，激光能够激发铁离子，从而产生芬顿效应，可与过氧化氢配合，极大提高溶液中的铁离子与过氧化氢形成的芬顿试剂的氧化性，进而提高芳甲烷染料的降解速率。

14、优选的，ph为2～6。

15、本发明采用上述技术方案的有益效果为：酸性条件会促进芬顿反应的进行，酸性越强，降解效率越高；在酸性条件下，当激光等离子体作用时，同时产生光催化和芬顿反应，可使废水中的芳甲烷染料被快速降解；采用强酸或强碱溶液可快速将ph调节到所需范围或值。

16、更优选的，ph＝4。

17、优选的，激光频率为10～14hz，激光功率为330～360w，辐照处理时间为5～30mim。

18、本发明采用上述技术方案的有益效果为：设置激光频率为10～14hz，激光功率为330～360w，可将激光能量快速集中在短波部分，激发出的铁离子能快速引发芬顿反应，仅需辐照处理5～8min即可实现芳甲烷染料的降解。

19、更优选的，激光频率为12hz，激光功率为348w，辐照处理时间为5～8min。

20、本发明具有以下有益效果：

21、(1)本发明的降解方法中激光与固态金属形成“激光等离子体”降解光源，再辅以过氧化氢，激光诱导的等离子体具有从紫外到红外的宽谱辐射光，其中的紫外部分占比高、能量强，可直接破坏废水中芳甲烷染料的化学键并将其分解为小分子物质，同时紫外光直接激活过氧化氢和溶液中的水以产生羟基自由基，将废水中的芳甲烷分解。

22、(2)本发明的降解方法中以过氧化氢及固态金属作为原料实现对废水中芳甲烷染料的降解，原料来源广泛，固态金属可回收，反应稳定可控；过氧化氢参与反应后对生物无毒害作用，大大提高了使用的安全性。

23、(3)本发明降解反应迅速，降解率高，适合大规模工业化的废水处理。

技术特征：

1.一种降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于，包括以下步骤：向含有芳甲烷染料的废水中加入过氧化氢进行搅拌反应，再加入固态金属，调节ph，最后利用激光进行辐照处理。

2.如权利要求1所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述废水与过氧化氢的体积比为(2.5～3.5):(0.5～1.5)。

3.如权利要求2所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述废水与过氧化氢的体积比为3:1。

4.如权利要求1所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述芳甲烷染料为孔雀石绿、罗丹明b、品红、阳离子蓝b、碱性结晶紫、甲基绿、酸性湖蓝a或金胺。

5.如权利要求1所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于，所述搅拌反应具体为：在常温且避光环境下搅拌25～35min。

6.如权利要求1所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述固态金属为纯铁片；所述纯铁片与废水的料液比为0.5～1.5g:30～50ml。

7.如权利要求1所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述ph为2～6。

8.如权利要求7所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述ph＝4。

9.如权利要求1所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述激光频率为10～14hz，激光功率为330～360w，辐照处理时间为5～30min。

10.如权利要求9所述的降解废水中芳甲烷染料的方法，其特征在于：所述激光频率为12hz，激光功率为348w，辐照处理时间为5～8min。

技术总结
本发明提供一种降解废水中芳甲烷染料的方法，包括以下步骤：向含有芳甲烷染料的废水中加入过氧化氢进行搅拌反应，再加入固态金属，调节pH，最后利用激光进行辐照处理。本发明的降解方法可直接破坏废水中芳甲烷染料的化学键并将其分解为小分子物质，同时激活过氧化氢和溶液中的水以产生羟基自由基，将废水中的芳甲烷分解，该方法降解速率高、稳定性好、反应可控且安全。

技术研发人员：韩敬华,朱娇,李严,彭景
受保护的技术使用者：四川清冉科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25