微波无极紫外光助双氧水处理活性艳红X-3B染料废水研究 6页

第18卷第5期化学研究与应用VOI.18，NO.52006年5月Chem化icaI学Re研sear究cha与nd应App用IicatiOnMay.第，201086卷文章编号：1004-1656（2006）05-0582-04微波无极紫外光助双氧水处理活性艳红X-3B染料废水研究施银桃，夏东升，曾庆福，张钱根，彭琳峰（武汉科技学院环境科学研究所，湖北武汉430073）关键词：微波；无极灯；活性艳红X-3B废水；双氧水；降解中图分类号：O626文献标识码：A活性艳红X-3B（C.I.ReactiOnRed2）是一种单度计（北京瑞利分析仪器公司）；MuItiN/C总有机偶氮染料，其应用范围广泛，可用于棉、粘纤、涤/碳（TOC）/总氮（TN）分析仪（德国耶拿分析仪器棉、锦纶、蚕丝、羊毛、锦/粘等织物的染色和丝绸有限公司）；气相色谱-质谱分析仪（HP-6890GC-的印花，因此其废水量大且色度深。目前染料废5973MS）。自制的微波无极紫外光反应装置如图水的生物处理方法脱色效果差、占地面积大、处理1所示。周期长，传统的物理法和化学法也存在着成本高、不能彻底矿化染料分子等缺点。近年来发展起来的光化学处理染料废水的方法及各种光化学组合技术日益受到人们关注，但其中使用的普通紫外灯存在使用寿命短、启动慢、发光不稳定、电极材［1］料易损等缺点，致使光化学方法处理废水的成本很高。本文利用微波产生的高频电磁波激发无图1微波无极紫外光反应装置极灯内填充气体产生紫外光，应用于活性艳红Fig.1SchematicdiagramOftheexperimentaIapparatusX—3B染料废水的处理。研究了微波无极灯与双其中：1为由一台海尔微波炉改装而成微波发氧水联合作用对活性艳红X-3B染料废水的氧化生装置，（输出功率700W，频率2.45GHZ）；2为自效果，并考察了双氧水用量、染料废水溶液初始浓制U型无极紫外灯；3为反应器；4为循环泵（循环度、pH值、反应时间，不同的氧化方法等因素对染量为0.7L/min）；5为冷凝控制器，冷凝器由长料废水降解的影响，初步探讨了活性艳红X-3B的1.5m的铜管置于冷却水中组成；6为进样口；7为降解反应机理，微波无极紫外取代传统的普通紫取样口；8为空气泵，曝气量为400mI/min，整个反外灯有可能成为光化学氧化一种新的有效途径。应系统的连接采用弹性好，可耐高温、耐腐蚀的硅胶管。1实验部分1.2实验方法在温度为38C，初始TOC=29.05mg/L，pH=1.1仪器和试剂6.57下，将1200mL初始浓度为200mg/L活性艳染料来自于天津染化厂，未经纯化。双氧水红X—3B溶液置于微波反应器中，分别进行单独（30%），上海化学试剂四厂。其它药品均为分微波辐射、微波无极灯光照、单独双氧水氧化、微析纯。波无极紫外光联合双氧水氧化试验，每隔15minHaier家用微波炉；UV1100紫外可见分光光取样分析，测脱色率及最佳反应条件下的TOC去收稿日期：2005-04-06；修回稿日期：2005-12-14；基金项目：国家863基金项目资助（2002AA601300）；湖北省教育厅重点科研项目（2004D006）。联系人简介：施银桃（1975-），女，讲师，主要从事水污染治理研究。EmaiI：vintaOshihks@163.cOm.\n第5期施银桃等：微波无极紫外光助双氧水处理活性艳红X-3B染料废水研究583除率。氧化剂双氧水，能大大提高活性艳红X-3B染料废水的脱色率。微波无极灯光照l5min后，染料废2结果与讨论水脱色率只有20.6%；微波无极灯光照60min后，染料废水脱色率为47.7%；当双氧水用量大于lg/2.l在微波无极紫外光及双氧水联合作用下不L时，反应60min后，染料废水几乎完全脱色。从同反应条件对反应结果的影响经济及处理效果综合分析可选择双氧水的最佳用2.l.l双氧水用量对染料废水脱色率的影响量为2.5g/L，反应lh脱色率达l00%。由图2可知：在微波无极紫外光系统中加入图2双氧水用量对染料废水脱色率图3pH值变化对染料废水脱色率的影响Fig.2Effectofhydrogenperoxide（H2O2）dosageFig.3EffectofpHondecoIorisationondecoIorisationremovaIofthedyesoIutionremovaIofthedyesoIution2.l.2染料溶液的初始pH值对反应的影响600mg/L范围内变化，均可获得较高的脱色率。当双氧水用量为2.5g/L时，在不同的初始初始浓度低于200mg/L的X-3B染料溶液，反应pH值下进行微波/无极紫外灯/双氧水氧化实验。30min后脱色率都达到l00%；当初始浓度大于由图3可看出：当染料溶液初始pH值由4.0—9.9400mg/L时，脱色率略有下降。范围内变化时均可获得较高的脱色率，反应30min表l染料溶液的初始浓度对反应的影响后脱色率均大于90%，反应lh后脱色率均大于TabIelEffectoftheinitiaIdyeconcentration95%。故适合活性艳红X-3B染料废水降解的pHonthedegradationofdyesoIution值范围较宽，在略酸性至略碱性范围内均可获得染料溶液的初50l00l50200400600较好的氧化效果。始浓度（mg/L）脱色率（%）l00l00l00l0095.8295.602.l.3染料溶液的初始浓度对反应的影响当双氧水用量为2.5g/L时，在染料溶液不同2.2不同氧化方法对染料废水的去除效果的初始浓度下进行微波/无极紫外灯/双氧水（简不同氧化方法对染料废水的脱色率和TOC去写为：MW/UV/H2O2）氧化实验，反应30min后取除率效果如表2所示。样分析。由表l可看出：染料溶液初始浓度从0-表2不同氧化方法对脱色率（%）和TOC去除率（%）的影响TabIe2CoIouramdTOCremovaIofdyesoIutionusingdifferentoxidationprocesses时间（min）去除率脱色率（%）TOC去除率（%）氧化方法l5304560l5304560MWaIone5.63ll.20l5.40l9.700.l30.82l.705.52MW/UV20.6033.0039.7047.700.54l.l05.309.l0H2O2aIone36.l046.3052.0055.7000.320.400.48MW/UV/H2O266.l093.3098.l0l008.7620.2636.0452.95可以看出各种方法对染料废水的降解效果由>双氧水单独作用>微波激发无极紫外光作用>大至小为：微波激发无极紫外光联合双氧水作用微波单独作用，即简写为MW/UV/H2O2>H2O2a-\n584化学研究与应用第18卷Ione>MW/UV>MWaIone。反应60min前，微波以脱色率对时间t作图，得对数回归方程：脱激发无极紫外光联合双氧水的氧化作用均大于双色率%=24.936ln（t）+2.0364，R=0.9505氧水和MW/UV作用之和，到反应一定时间（如表明偶氮染料X-3B光氧化降解过程中，染料60min后），由于反应条件均足够强，均能使染料废X-3B中的低键能—N=N—双键及其与苯环和萘水完全脱色，但联合作用能在较短时间内使染料环形成的大共轭发色体系首先被破坏，但并未进脱色。而且MW/UV/H2O2对染料废水的矿化作行实质性的氧化，此时反应主要是脱色反应；随着用大于双氧水单独作用和MW/UV作用之和，说反应进一步进行，染料分子进行开环反应，染料分明紫外光双氧水联合作用不仅仅是二者的简单叠子由大分子结构变为小分子苯及萘的取代化合加结果，而是双氧水和紫外光间存在着一个协同物；随着反应进一步进行，这些较小分子化合物进作用。由双氧水直接氧化占主导地位的单独双氧一步被氧化为各种有机羧酸或醛等小分子物质。水氧化过程能够对有机物进行降解，使染料废水随着反应时间的增加，有机羧酸和有机小分子被达较高的脱色率，但不能作到完全矿物化，通过加进一步降解、矿化为CO2和H2O，N2使TOC和TN紫外光辐射可以促进·OH的生成，从而达到加速降低。光催化双氧水氧化染料过程中，TOC虽降［2］有机物的矿化。低了，但最终TOC去除率仍低于脱色率，它表明反2.3微波无极紫外光与双氧水联合作用对活性应只是把染料分子部分氧化为小分子有机物，并艳红X-3B染料溶液降解机理初探未完全矿化为CO2和水。活性艳红X—3B染料在实验过程中，可观察到微波无极紫外光联分子中含有三种氮源（一个偶氮基团，一个二氯均合双氧水氧化对活性艳红X-3B溶液各项指标去三嗪环和一个连接萘环和三嗪环的氨基氮）。光除率不相同，其去除率由大至小为：脱色率>TOC化反应过程中，TN降低，说明有部分氮转化为N2。去除率>TN去除率。而且染料TOC去除率和TN由于染料的发色基团主要是由偶氮基团连接的共去除率均与反应时间有良好的线性相关性，表明轭体系组成，因此脱色与偶氮基团上氮的转化有染料的矿化符合一级动力学特征。关，但脱色率远远大于TN去除率，说明偶氮基团以TOC去除率对t作图，得线性回归方程：的氮并未完全转化为N2。TOC%=0.8879t-3.034，R=0.9914；采用GC/MS分析反应后溶液中的产物（图以TN去除率对t作图，得线性回归方程：4），可检测到取代酚，苯胺，苯，硝基苯，己醛，乙TN%=0.3307t-1.168，R=0.9803；醛，氨，二氧化碳，氮气等化合物。（注：该色谱图为水样经微波无极紫外光联合双氧水反应15min后取样25mI加10mICH3CH2OH和1mIH2SO4在50C下衍生化41后，再用CCI4萃取，取样51I进样进行GC/MS分析的结果。）图4X-3B经MW/UV/H2O2氧化15min后色谱图Fig.4TICc1romatogramofX-3Boxidation15minwit1MW/UV/H2O2processes结合GC/MS的检测结果，可推知此反应过程生，微波无极紫外光联合双氧水氧化染料废水的中偶氮基团的氮主要有两种转化方式，第一种是机理可推断如下：连接苯环或萘环的C-N单键被自由基打断，偶氮（1）微波无极灯发出光了；基团转变为氮气，第二种是偶氮双键被氧化，产生（2）在紫外光源及氧气和双氧水的作用下，产+芳胺，NH4等化合物，这与相关文献报道的结论相生大量具有强氧化能力的自由基（如·［3］一致。结合前面的实验数据及相关的光氧化文OH）；［4-9］O+MW、1!+e+O++O·+O·+献资料，可推知此反应过程中有自由基的产222\n第5期施银桃等：微波无极紫外光助双氧水处理活性艳红X-3B染料废水研究585⋯；02+UV、20·；3结论0·+02、03；03、0·+02；0·+H2、2H0·；H202、2H0·采用自制的微波无极紫外灯与双氧水联合作（3）自由基与染料分子作用，首先是发色基团用能有效氧化活性艳红X-3B染料废水。该方法被破坏，然后染料分子进一步矿化。能提高染料废水的脱色速率，并能有效矿化染料03+R+MW、R1+R2+R3+⋯；分子，废水处理的适宜pH值范围较宽。而且微波0·+R+MW、R1+R2+R3+⋯；激发的无极紫外灯具有启动快、发光稳定等优点。RH+0·、R1·+0H·；目前微波辅助光催化氧化技术在水处理领域中的R1R2R3⋯、C02+H20；应用在国内外还尚处在实验室研究阶段，还需要RH+H0·、R·+H20；大量的研究工作才能使其逐步成熟并实际工程应R·+H0·、R0H用。本实验所用的双氧水浓度较高，为了减少双H202+H0·、H02·+H20；氧水用量，降低成本，今后可从如下方面提高水处H02·H0·、02+H20理效率，如：改变无极灯内的填充物，进一步提高（其中，R表示染料分子；MW表示微波；UV光源的发光效率；添加Ti02等光催化剂，提高光氧表示紫外光；h!紫外光子；R1R2R3⋯表示染料分化效率等。子的氧化产物。）参考文献：［1］王尔镇，染伟熠，等.照明工程学报，2002.13（3）：21［5］SowaMG，ManischHH.Appl.Spectrosc.，1994，48：316.~26.［6］SoCM，ChengMY，YuJC，etai.Chemosphere，2002，［2］PetrKifn，JaromirLiterfk，MiianH.JournalofPhoto-46：905~912.chemistryandPhotobiologyA：Chemistry，1999，128：145［7］XuY.Chemosphere，2001，43：1103~1107.~149.［8］WuF，DengNS，HuaH.Chemosphere，2000，41：1233［3］ShoK，etai.Journalofphotochemistryandhotobiology.A.~1238.Chemistry，2002，148：323~330.［9］AnnemieB，ErikN，RenaatG，etc.SpectrochimicaActa［4］HuC，YuJC，HaoZ，etai.AppliedCatalysisB：Enuiron-PartB，2002，57：609~658.mental，2003，42：47~55.StudyondegradationofreactivebrilliantredX-3BwastewaterbycombinationwithhydrogenperoxideandmicrowaveelectrodelessultravioletlightSHIYin-Tao，XIADong-Sheng，ZENGOing-Fu，ZHANGOian-Gen，PENGLin-Feng（TheResearchCentreofEnvironmentaiScience，WuhanInstituteofScienceandTechnoiogy，Wuhan430073，China）Abstact：Theoxidationof200mg/ireactiveredX-3Bwastewaterwasstudiedbyacombinationofeiectrodeiessuitravioietiampandhydrogenperoxide，hydrogenperoxideaione，microwaveaione，eiectrodeiessuitravioietiight（UV）-radiationandmicrowaveirradia-tionaione，respectiveiy.theresuitsshowedthatthedifferentoxidationmethodswerethat：MW/UV/H202>H202aione>MW/UV>MWaione.whentreatingtimewas60min，Thedyesoiutionwasdecoioredcompieteiy，andT0Cremovaiwas52.95%.Themech-anismofdegradationwasexpioredprimariiybyGC-MSanaiysis.KeyWords：Microwave；Eiectrodeiessuitravioietiamp；ReactivebriiiiantredX-3Bwastewater；Hydrogenperoxide；Degradation（责任编辑夏传琴）\n微波无极紫外光助双氧水处理活性艳红X-3B染料废水研究作者：施银桃，夏东升，曾庆福，张钱根，彭琳峰，SHIYin-Tao，XIADong-Sheng，ZENGQing-Fu，ZHANGQian-Gen，PENGLin-Feng作者单位：武汉科技学院环境科学研究所,湖北,武汉,430073刊名：化学研究与应用英文刊名：CHEMICALRESEARCHANDAPPLICATION年，卷(期)：2006,18(5)被引用次数：5次参考文献(9条)1.王尔镇;染伟熠无电极放电灯的新进展[期刊论文]-照明工程学报2002(03)2.PetrKlán;JaromírLiterák;MilanH查看详情19993.ShoKPhotocatalyticoxidationinthepresenceofmicrowaveirradiation:observationswithethyleneandwater[外文期刊]2002(1/3)4.HuC;YuJC;HaoZPhotocatalyticdegradationoftriazine-containingazodyesinaqueousTiO_2suspensions[外文期刊]2003(1)5.SowaMG;ManlschHH查看详情[外文期刊]19946.SoCM;ChengMY;YuJCDegradationofazodyeProcionRedMX-5Bbyphotocatalyticoxidation[外文期刊]2002(6)7.XuYEffectofmolecularstructureofchitosanonproteindeliverypropertiesofchitosannanoparticles.[外文期刊]2001(1)8.WuF;DengNS;HuaH查看详情[外文期刊]20009.AnnemieB;ErikN;RenaatGGasidschargeplasmasandtheirapplications[外文期刊]2002(4/5)本文读者也读过(9条)1.孟祥周.夏东升.施银桃.曾庆福.吴雨川.陆晓华微波紫外协同降解染料活性艳红X-3B研究[期刊论文]-化工环保2004,24(4)2.孙杰.赵晖.曾庆福.SUNJie.ZHAOHui.ZENGQing-fu微波无极紫外光氧化-内电解工艺处理活性深蓝M-2GE[期刊论文]-工业用水与废水2006,37(5)3.夏东升.施银桃.曾庆福.孟祥周.XIADong-sheng.ShiYin-tao.ZENGQing-fu.MengXiang-zhou新型微波无极紫外光源用于光化学反应的综合评述[期刊论文]-自然杂志2005,27(3)4.吴晓芙.胡日利.聂发辉.王平.李科林蛭石氨氮吸附量与起始溶液浓度和介质用量的函数关系[期刊论文]-环境科学研究2005,18(1)5.艾智慧.姜军清.杨鹏.周涛.陆晓华水溶液中4-氯酚的微波辅助光化学降解[期刊论文]-环境科学2004,25(4)6.张西旺.王怡中微波光催化降解偶氮染料X-3B[会议论文]-20047.壳聚糖在固定化光合细菌处理染料活性艳红X-3B中的应用研究[期刊论文]-环境污染治理技术与设备2006,7(7)8.李昱昊石油储运智能决策支持系统的设计[期刊论文]-化学工程与装备2009(5)9.李昱昊.毛立群.张顺利.金振声.张治军活性艳红X-3B水溶液的光催化脱色及矿化过程研究[期刊论文]-感光科学与光化学2004,22(5)引证文献(5条)\n1.梁存珍.朱玲.陈家庆.孔惠.桑义敏微波强化光催化处理罗丹明B染料废水[期刊论文]-太阳能学报2010(10)2.赵毅.曹春梅.马双忱.马京香H2O2复合体系及其在环境治理中的应用[期刊论文]-电力环境保护2008(5)3.梁存珍.刘卫国.陈家庆.孔惠.桑义敏微波强化光催化对直接耐酸大红4BS的降解[期刊论文]-环境科技2011(4)4.杨俊.阮新潮.曾庆福蜡染企业废水分质处理回用技术与工程实践[期刊论文]-安全与环境工程2010(2)5.杨俊.夏东升.曾庆福MW/UV/H2O2工艺处理染纱废水及回用中试研究[期刊论文]-工业水处理2010(4)引用本文格式：施银桃.夏东升.曾庆福.张钱根.彭琳峰.SHIYin-Tao.XIADong-Sheng.ZENGQing-Fu.ZHANGQian-Gen.PENGLin-Feng微波无极紫外光助双氧水处理活性艳红X-3B染料废水研究[期刊论文]-化学研究与应用2006(5)