專利名稱：一種用于染料廢水處理的光催化氧化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢水處理領(lǐng)域，特別是涉及一種用于染料廢水處理的光催化氧化方法。
背景技術(shù)：
染料生產(chǎn)和印染工業(yè)產(chǎn)生的染料廢水是一種很難降解的行業(yè)性廢水。其中常見的染料種類有活性艷紅k-2G、染料陽離子桃紅FG、酸性紅B、分散橙149、直接耐曬翠蘭GL、堿性黃86等有毒物質(zhì)，染料廢水成分復雜、多變且具有毒性，使用常規(guī)生化方法很難處理此類廢水。二氧化鈦光催化氧化法是近年來發(fā)展的一項新興的氧化技術(shù)方法，其用于染料廢水處理是通過人造光源或太陽光照射，激發(fā)催化劑產(chǎn)生大量的活性氧物種，如羥基自由基，超氧陰離子自由基等，攻擊染料的發(fā)色團，導致染料化合物脫色，進而使染料分子礦化為易于除去的、無毒的或低毒的小分子化合物。二氧化鈦光催化氧化方法主要采用粉末TiO2懸浮液反應(yīng)和固定化催化劑(負載，鍍膜等)的填充床反應(yīng)兩種方式。前者使用粉末狀TiO2為催化劑的懸漿體系，但是粉末催化劑會影響光的通透性，而且粉末催化劑的分離回收設(shè)備復雜，費用高昂且耗時，當進行連續(xù)運行時，需要大量的催化劑補充。而采用固定化催化劑的填充床反應(yīng)則是將催化劑固定在一定的載體上如纖維，陶粒，反應(yīng)器壁等，負載過程復雜，原料成本高昂，高溫燒結(jié)時還會導致催化劑的活性降低；而且使用固定化的催化劑進行光催化反應(yīng)時，會使反應(yīng)受到傳質(zhì)限制，催化劑容易發(fā)生堵塞，光能利用率低；另外反應(yīng)過程中活性成分脫落和表面玷污問題也直接影響該技術(shù)的效率和推廣應(yīng)用。
二氧化鈦光催化氧化法常用的光源主要有人造光源和太陽光兩種。太陽光作為光源易受季節(jié)和氣候等因素影響，光強分布不均勻，可控性差，而且太陽光的反應(yīng)器占地面積大。人造光源通常是使用高壓紫外燈作為光源，一方面，會有大量的光能轉(zhuǎn)化為熱能，能量散失，光能利用率低；另一方面，這種光源需要配置穩(wěn)壓裝置和冷卻系統(tǒng)，這樣就會導致操作復雜，費用增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)催化活性低、催化劑容易發(fā)生堵塞、光能利用率低的缺陷，從而提供一種光能利用率高、催化劑價格低廉且操作簡單的用于染料廢水處理的光催化氧化方法。
本發(fā)明的目的是由以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提供一種用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其具體步驟如下在流化床反應(yīng)器中，使用波長為254nm或365nm，功率為8～36W的紫外燈作為電光源照射，加入顆粒狀TiO2光催化劑，將待處理的染料廢水泵入流化床反應(yīng)器，并同時鼓入空氣，在顆粒狀TiO2光催化劑呈流化狀態(tài)下，連續(xù)或間歇進行光催化氧化反應(yīng)0.5～2小時，排出處理過的廢水，得到凈化水；所使用的顆粒狀TiO2光催化劑，其顆粒的比表面積為50～194.3m2/g，堆密度為0.85～1kg/L，等電點為6.0～6.5，粒徑為16～100目；其顆粒狀TiO2光催化劑的加入量為每升待處理的染料廢水中加入10～30克的顆粒狀TiO2光催化劑；所述空氣的鼓入量為2～10L/min。
所述待處理的染料廢水中含有的染料種類為陽離子染料、活性染料、酸性染料、分散染料、直接染料或堿性染料。
所述的陽離子染料為陽離子桃紅FG。
所述的活性染料為活性艷紅k-2G。
所述的酸性染料為酸性紅B。
所述的分散染料為分散橙149。
所述的直接染料為直接耐曬翠蘭GL。
所述的堿性染料為堿性黃86。
本發(fā)明提供的用于染料廢水處理的光催化氧化方法優(yōu)點在于1、改性的TiO2光催化劑活性高，性能穩(wěn)定，再生簡單，不會引起二次污染，可大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；2、本發(fā)明所選用的低功率紫外燈不需要穩(wěn)壓裝置和冷卻系統(tǒng)，光能利用率高，成本和操作費用低廉；
3、流化床中，流化態(tài)的光催化劑與待反應(yīng)溶液充分接觸，能夠更有效的利用光能，對染料化合物的降解效率高；且催化劑不隨反應(yīng)液流出，不存在分離和回收、活性成分脫落、催化劑堵塞、傳質(zhì)限制等問題，催化劑在流化狀態(tài)下不易玷污，可起到自凈化的作用；4、本方法對多種難降解的染料化合物的光催化降解礦化效果較好。


圖1是本發(fā)明流化床反應(yīng)器的示意圖；其中1 貯液槽 2 泵 3 液體流量計 4 空氣壓縮機5 氣體流量計 6 反應(yīng)器 7 石英套管8 電光源9 溢流口 10 取樣口 11 取樣口 12 催化劑具體實施方式
本發(fā)明結(jié)合附圖1的裝置圖來進一步詳述本發(fā)明的方法。
圖1為一種實施本發(fā)明方法的流化床反應(yīng)器示意圖，其中1貯液槽，2泵，3液體流量計，4空氣壓縮機，5氣體流量計，6反應(yīng)器，7石英套管，8電光源，9溢流口，10取樣口，11取樣口，12催化劑。下面的實施例均在此流化床反應(yīng)器中進行。
實施例1、使用本發(fā)明方法對染料活性艷紅k-2G溶液進行光催化氧化處理將染料活性艷紅k-2G配制成濃度為120ppm的水溶液，置于貯液槽(1)中；使用一個如圖1所示的圓柱形流化床反應(yīng)器(6)中，其直徑為150mm，長度為600mm；反應(yīng)器中央為36w紫外燈(8)，主波長為254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源與反應(yīng)液接觸被玷污；使用的催化劑是北京鈦催化劑有限公司生產(chǎn)的改性TiO2，其顆粒比表面積為194.3m2/g，堆密度為0.897kg/L，等電點為6.12，粒徑為20～40目；使用泵(2)、并通過液體流量計(3)將2L上述染料活性艷紅k-2G水溶液引入反應(yīng)器(6)中，并在反應(yīng)器壁和電光源的石英套管間加入上述催化劑60g；使用空氣壓縮機(4)、并通過氣體流量計(5)，以4L/min鼓入空氣，使催化劑呈流化狀態(tài)；待染料水溶液在催化劑上達到吸附平衡后，開啟40w紫外燈(8)；半小時后，由溢流口(9)分出凈化水，其脫色率為70％，總有機碳TOC去除率為50％。
實施例2、使用本發(fā)明方法對染料陽離子桃紅FG溶液進行光催化氧化處理實驗方法同實施例1。
將染料陽離子桃紅FG配制成濃度為50ppm的水溶液；使用市售的TiO2，其顆粒比表面積為50m2/g，堆密度為0.85kg/L，等電點為6.0，粒徑為16～60目；使用一個如圖1所示的圓柱形流化床反應(yīng)器(6)中，其直徑為150mm，長度為600mm；反應(yīng)器中央為8w紫外燈(8)，主波長為365nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源與反應(yīng)液接觸被玷污；向反應(yīng)器引入2L上述染料陽離子桃紅FG水溶液，并加入光催化劑20g，鼓入的空氣量為10L/min，使催化劑呈流化狀態(tài)；待染料水溶液在催化劑上達到吸附平衡后，開啟8w紫外燈；2小時后，分出凈化水，其脫色率為95％，總有機碳TOC去除率為75％。
實施例3、使用本發(fā)明方法對染料酸性紅B溶液進行光催化氧化處理實驗方法同實施例1。
將染料酸性紅B配制成濃度為50ppm的水溶液；將北京鈦催化劑有限公司生產(chǎn)的改性TiO2，其顆粒比表面積為100m2/g，堆密度為1kg/L，等電點為6.5，粒徑為80～100目；使用一個如圖1所示的圓柱形流化床反應(yīng)器(6)中，其直徑為150mm，長度為600mm；反應(yīng)器中央為30w紫外燈(8)，主波長為254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源與反應(yīng)液接觸被玷污；向反應(yīng)器引入2L上述水溶液，并加入光催化劑40g，鼓入的空氣量為4L/min，使催化劑呈流化狀態(tài)；待染料水溶液在催化劑上達到吸附平衡后，開啟30w紫外燈；1小時后，分出凈化水，其脫色率為72％，總有機碳TOC去除率為53％。
實施例4、使用本發(fā)明方法對染料分散橙149溶液進行光催化氧化處理實驗方法同實施例1。
將染料分散橙149配制成濃度為50ppm的水溶液；將北京鈦催化劑有限公司生產(chǎn)的改性TiO2，其顆粒比表面積為179m2/g，堆密度為1kg/L，等電點為6.5，粒徑為80～100目；使用一個如圖1所示的圓柱形流化床反應(yīng)器(6)中，其直徑為150mm，長度為600mm；反應(yīng)器中央為30w紫外燈(8)，主波長為254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源與反應(yīng)液接觸被玷污；向反應(yīng)器引入2L上述水溶液，并加入光催化劑40g，鼓入的空氣量為4L/min，使催化劑呈流化狀態(tài)；待染料水溶液在催化劑上達到吸附平衡后，開啟30w紫外燈；1小時后，分出凈化水，其脫色率為70％，總有機碳TOC去除率為50％。
實施例5、使用本發(fā)明方法對染料直接耐曬翠蘭GL溶液進行光催化氧化處理實驗方法同實施例1。
將染料直接耐曬翠蘭GL配制成濃度為50ppm的水溶液；將北京鈦催化劑有限公司生產(chǎn)的改性TiO2，其顆粒比表面積為194.3m2/g，堆密度為1kg/L，等電點為6.5，粒徑為80～100目；使用一個如圖1所示的圓柱形流化床反應(yīng)器(6)中，其直徑為150mm，長度為600mm；反應(yīng)器中央為30w紫外燈(8)，主波長為254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源與反應(yīng)液接觸被玷污；向反應(yīng)器引入2L上述水溶液，并加入光催化劑40g，鼓入的空氣量為4L/min，使催化劑呈流化狀態(tài)；待染料水溶液在催化劑上達到吸附平衡后，開啟30w紫外燈；1小時后，分出凈化水，其脫色率為69％，總有機碳TOC去除率為47％。
實施例6、使用本發(fā)明方法對染料堿性黃86溶液進行光催化氧化處理實驗方法同實施例1。
將染料堿性黃86配制成濃度為50ppm的水溶液；將北京鈦催化劑有限公司生產(chǎn)的改性TiO2，其顆粒比表面積為194.3m2/g，堆密度為1kg/L，等電點為6.5，粒徑為80～100目；使用一個如圖1所示的圓柱形流化床反應(yīng)器(6)中，其直徑為150mm，長度為600mm；反應(yīng)器中央為30w紫外燈(8)，主波長為254nm；光源外部套有石英套管(7)，以免光源與反應(yīng)液接觸被玷污；向反應(yīng)器引入2L上述水溶液，并加入光催化劑40g，鼓入的空氣量為4L/min，使催化劑呈流化狀態(tài)；待染料水溶液在催化劑上達到吸附平衡后，開啟30w紫外燈；1小時后，分出凈化水，其脫色率為73％，總有機碳TOC去除率為55％。
本發(fā)明實施例中反應(yīng)器中催化劑使用100小時后活性的降低＜10％，用自來水沖洗即可基本恢復活性，連續(xù)反應(yīng)200小時以上催化劑仍能保持較高活性。
權(quán)利要求
1.一種用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其具體步驟如下在流化床反應(yīng)器中，使用波長為254nm或365nm，功率為8～36W的紫外燈作為電光源照射，加入顆粒狀TiO2光催化劑，將待處理的染料廢水泵入流化床反應(yīng)器，并同時鼓入空氣，在顆粒狀TiO2光催化劑呈流化狀態(tài)下，連續(xù)或間歇進行光催化氧化反應(yīng)0.5～2小時，排出處理過的廢水，得到凈化水；所使用的顆粒狀TiO2光催化劑，其顆粒的比表面積為50～194.3m2/g，堆密度為0.85～1kg/L，等電點為6.0～6.5，粒徑為16～100目；其顆粒狀TiO2光催化劑的加入量為每升待處理的染料廢水中加入10～30克的顆粒狀TiO2光催化劑；所述空氣的鼓入量為2～10L/min。
2.如權(quán)利要求1所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述待處理的染料廢水中含有的染料種類為陽離子染料、活性染料、酸性染料、分散染料、直接染料或堿性染料。
3.如權(quán)利要求2所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述的陽離子染料為陽離子桃紅FG。
4.如權(quán)利要求2所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述的活性染料為活性艷紅k-2G。
5.如權(quán)利要求2所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述的酸性染料為酸性紅B。
6.如權(quán)利要求2所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述的分散染料為分散橙149。
7.如權(quán)利要求2所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述的直接染料為直接耐曬翠蘭GL。
8.如權(quán)利要求2所述的用于染料廢水處理的光催化氧化方法，其特征在于所述的堿性染料為堿性黃86。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于染料廢水處理的光催化氧化方法，該法使用顆粒狀TiO
文檔編號C02F1/32GK1565982SQ0313756
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者王怡中, 李薇 申請人:中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心