（环境工程专业论文）铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究.pdf

学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文 的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大 学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后适用本授权书。 不保密 学位论文作者签名：主1 皇指导教师签名： 础年月6 日莎，f 年6 月，6 日 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用 的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期：p c 7 年( 月 望 吣 日 llij 1，l、d ，o ， 分类号： 签! 三! ：至 udc ： 5 q 2 硕士学位论文 密级： 公五 编号：1 0 2 9 9 s 0 8 0 9 0 1 9 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 t h es y n t h e s i sa n dd y ew a s t e w a t e r d e g r a d a t i o n o ft h es o d i u mn i o b a t e 姓 申请学位级别亟专业名称巫遮王猩 论文提交日期2 q ! ! 生旦论文答辩日期2 q ! ! 生鱼且 学位授予单位和日期江菱太堂2 q ! ! 生鱼旦 2 0 11 年6 月 评阅人 江苏大学硕士学位论文 ， 摘：要 随着全球污染问题的日益严重，人类已将更多的目光放到现代化 工业生产和环境污染的关系上。工业活动向水体中排放有毒的化合 物，从而造成水体的污染。近几十年，高浓度、组成复杂的染料废水 越来越受人们的关注。为了使污染水体净化，人们采用了一系列物理、 化学和生物技术方法。采用高活性的自由基( 如o h 、0 2 - ) 降解水体 中有机污染物的高级氧化技术是一种优秀的水处理方法。高级氧化技 术一般包括：光催化技术、臭氧氧化技术、h 2 0 2 氧化技术、f e n t o n 氧化和光f e n t o n 氧化技术。 铌酸盐作为新型催化剂，被证实能够有效光解水及降解环境中有 机污染物，因此引起人们的关注。本文围绕催化材料n a n b 0 3 的设计、 开发为重点，采用水热法制备n a s n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 、n a n b 0 3 z n o 催化 剂，并通过浸渍法合成f e ”- n a n b 0 3 金属掺杂型催化剂。运用x r d 、 s e m 、d r s 、x p s 、t g d s c 等方法对合成的催化剂进行了表征，分 析其构效之间的关系。为了考察催化剂的催化活性，以难降解的亚甲 基蓝染料( m b ) 为对象，研究了不同参数条件对m b 降解率的影响， 同时结合催化活性的改变，分析其催化反应机理。实验结果如下： 用简单的水热法合成n a a n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 催化剂。采用x r d 、s e m 和t g d s c 等方法研究催化剂的物理化学特性。x r d 和t g d s c 分 析表明n a s n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 为水热合成n a n b 0 3 物质过程中的一种中间 体。对比研究n a 8 n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 h 2 0 2 、n b 2 0 5 h 2 0 2 和n a n b 0 3 h 2 0 2 三种不同体系对m b 催化降解的活性，结果表明n a 8 n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 催 化剂在h 2 0 2 存在的条件下具有最好的降解m b 活性。实验数据表明， 当反应温度为3 0 。c 时，n a 8 n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 h 2 0 2 体系中m b 的降解率 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 在1h 内可达9 3 5 。n a 8 n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 h 2 0 2 体系降解m b 的过程符 合一级反应动力学特性，降解速率常数( 幼为0 0 2 3 7 6m i n 一。其降解速 率比n b 2 0 5 h 2 0 2 和n a n b 0 3 压 1 2 0 2 体系高。同时对 n a s n b 6 0 1 9 13 h 2 0 h 2 0 2 体系降解m b 的机理进行了分析。 采用水热法合成了不同n a n b 0 3 含量的n a n b 0 3 z n o 异质结催化 剂。结合x r d 、x p s 、d r s 、s e m e d s 、t e m 、t g d s c 等表征手 段对n a n b 0 3 z n o 材料的晶型结构、表面性质、化合价态组成变化进 行分析。以m b 为降解底物，研究其光催化活性。结果表明，当掺杂 量为1 0 时，光催化剂具有最好的活性。探讨了n a n b 0 3 z n o 异质结 光催化剂降解m b 的机理。研究发现光生电子和空穴有效的转移限制 了光生载流子的复合，这可能为光催化剂具有高催化活性的主要原 因。 实验还制备了过渡金属f e 掺杂的n a n b 0 3 催化剂，通过表征实验 发现掺杂f e ”后n a n b 0 3 晶型没有发生明显改变。反应最佳条件为： f e 3 + 掺杂量为2w t ，催化剂的焙烧温度3 0 0 。在该条件下光f e n t o n 催化降解效率在掺杂f e 3 + 后可显著提高。同时研究发现f e 3 + - n a n b 0 3 催化剂降解m b 的过程符合一级反应动力学的特性，降解速率常数( 幼 为0 0 0 5 5 2m i n - 1 。循环实验表明f e 3 + - n a n b 0 3 催化剂具有良好的稳定 性，可以循环利用。紫外可见光谱分析研究表明，在f e a + - n a n b 0 3 催 化降解m b 的过程中，最大吸收波长没有发生明显的蓝移。 关键词：催化氧化，铌酸钠，光催化，n a n b 0 3 z n o ，f e 3 + - n a n b 0 3 ， 光f e n t o n i i 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t g l o b a le n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a sb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s as e r i o u st o p i cw h i c hn e e d sc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n si nm o d e mt i m e si s t h a tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n di n d u s t r i a l a c t i v i t y i n d u s t r i e sd i s c h a r g et o x i co r g a n i cc o m p o u n d st ot h ew a t e ra n d m a k et h ew a t e rt ob ep o l l u t e d i nr e c e n ty e a r s ，d y ew a s t e w a t e r , w h i c hi s c h a r a c t e r i z e db yh i g hc o n c e n t r a t i o na n dc o m p l e xc o m p o s i t i o n ，h a s a t t r a c t e dm u c hm o r ea t t e n t i o n t ot r e a tt h ew a s t e w a t e r , v a r i o u sp h y s i c a l ， c h e m i c a l ，a n db i o l o g i c a lm e t h o d sh a v eb e e nt a k e n a d v a n c e do x i d a t i o n t e c h n i q u eu s i n gh i g h l yr e a c t i v er a d i c a l s ，s u c ha s 。o ha n d0 2 一，i sa n e x c e l l e n tm e t h o df o rd e g r a d a t i o no fo r g a n i cd y ep o l l u t a n t si nw a t e r s o l u t i o n t h em o s tw i d e l ys t u d i e da d v a n c e do x i d a t i o nt e c h n i q u ei n c l u d e ： p h o t o c a t a l y t i co x i d a t i o n ，t r e a t m e n tw i t ho z o n eo rh 2 0 2s y s t e m s ，f e n t o n a n dp h o t o f e n t o nr e a c t i o n s n i o b a t e sh a sb e e nr e c o g n i z e da sap h o t o c a t a l y s tf o rw a t e rs p l i t t i n g a n dp o l l u t a n td e g r a d a t i o nu n d e ru v - l i g h ti 1 1 r a d i a t i o n i nt h i sp a p e r ，i tw a s f o c u s e do nd e v e l o p i n gc a t a l y s t s t h e c a t a l y s tn a 8 n b 6 0 1 9 13 h 2 0a n d n a n b 0 3 z n ow e r es y n t h e s i z e db yh y d r o t h e r m a lm e t h o d n a n b 0 3d o p e d w i t hf e 升c a t a l y s t sw e r ep r e p a r e db yi m p r e g n a t i o nm e t h o d m o r e o v e r ，t h e o p t i c a l ，p h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so ft h es y n t h e s i z e dc a t a l y s t s w e r es t u d i e db yt h ew a yo fd i f f e r e n tc h a r a c t e r i z a t i o ns u c ha s x r a y d if f r a c t i o n ( x r d ) ，s c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) ，x r a y p h o t o e l e c t r o ns p e c t r o s c o p y ( x p s ) ， u v v i sd i f f u s er e f l e c t a n c e s p e c t r o s c o p y ( d r s ) a n dt h e r m o g r a v i m e t r i ca n dd i f f e r e n t i a ls c a n n i n g ( t g d s c ) i no r d e rt od i s c u s st h ec a t a l y t i ca c t i v i t i e so fs y n t h e s i z e d c a t a l y s t s ，m e t h y l e n eb l u e ( m b ) w a su s e df o rt h eo b j e c to fd e g r a d a t i o n m e a n w h i l e ，t h ee f f e c t o fd i f f e r e n t e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n so nt h e d e g r a d a t i o no fm b i sr e s e a r c h e d t h em e c h a n i s mb yw h i c he n h a n c et h e i i i 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 c a t a l y t i ca c t i v i t i e s i sa l s od i s c u s s e d i h e e x p e r i m e n tr e s u l t s a r ea s f o l l o w s ： n a s n b 6 0 1 9 13 h 2 0p a r t i c l e s w e r e s y n t h e s i z e db y a s i m p l e h y d r o t h e r m a lm e t h o d t h ec a t a l y s t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yx r d ，s e m a n dt g d s c t h ex r da n dt g - d s c a n a l y s e s i n d i c a t e dt l l a t n a 8 n b 6 0 1 9 。13 i - i ：o w a sa ni n t e r m e d i a t e h e x a n i o b a t e d u r i n g t h e p r e p a r a t i o n o fn a n b 0 3 p o w d e r s t h ed e g r a d a t i o n o fm bb y n a s n b 6 0 1 9 。13 h e o h 2 0 2 ，n b 2 0 5 m 2 0 2a n dn a n b 0 3 h 2 0 2s y s t e m sh a d b e e ni n v e s t i g a t e d ，r e s p e c t i v e l y a m o n gt h ec a t a l y t i co x i d a t i o ns y s t e m s ， n a s n b 6 0 1 9 。13 h 2 0s h o w e dt h eh i g h e s ta c t i v i t yf o rd e g r a d a t i o no fm bi n t h ep r e s e n c eo fh 2 0 2 t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ed y ed e g r a d a t i o n e f f i c i e n c yc o u l db e9 3 5 a t3 0 。c a f t e r6 0m i ni nt h ep r e s e n c eo ft h e n a s n b 6 0 1 9 13 h 2 0 h 2 0 2s y s t e m i tw a sa l s of o u n dt h a tt h ed e g r a d a t i o no f m bo v e rt h ec a t a l y t i cs y s t e m sf o l l o w e dp s e u d o f i r s t - o r d e rk i n e t i c s ，a n d t h ed e g r a d a t i o nr a t ew a so 0 2 37 6m i n i nt h en a s y b 6 0 1 9 。13 h 2 0 h 2 0 2 s y s t e m ，w h i c hw a sh i g h e rt h a nm a ti nt h en b 2 0 5 i - 1 2 0 2a n dn a n b 0 3 i - 1 2 0 2 s y s t e m s ap o s s i b l em e c h a n i s mf o rm bc a t a l y t i co x i d a t i o nd e g r a d a t i o n u s i n gt h en a s y b 6 0 1 9 13 h a o h 2 0 2s y s t e mw a sp r o p o s e d as e r i e so fn a n b 0 3 z n oh e t e r o n a n o s t r u c t u r e sw e r es y n t h e s i z e db yt h e h y d r o t h e r m a lm e t h o d v a r i o u sc h a r a c t e r i z a t i o nm e t h o d ss u c ha sx r d ， s e ma n de n e r g yd i s p e r s i v e x r a ys p e c t r o m e t e r ( e d s ) ，t r a n s m i s s i o n e l e c t r o nm i c r o s c o p e ( t e m ) ，x p s ，d r sa n dt g d s cw e r ee m p l o y e dt o i n v e s t i g a t et h es t r u c t u r e s ，m o r p h o l o g i e sa n dp h o t o c a t a l y t i cp r o p e r t i e s t h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo ft h ec a t a l y s t sw e r ee v a l u a t e db yd e g r a d a t i o n o fm ba n dt h eh i g h e s tp h o t o c a t a l y t i ce f f i c i e n c yw a so b s e r v e dw h e nt h e c o n t e n to fn a n b 0 3w a s10w t t h ep h o t o c a t a l y t i cm e c h a n i s mo ft h e h e t e r o s t r u c t u r e sw a sa l s od i s c u s s e d t h ee f f e c t i v et r a n s f o r m a t i o no ft h e p h o t o e x c i t e d e l e c t r o na n dh o l e sr e s t r i c t e dt h er e c o m b i n a t i o no f p h o t o i n d u c e dc a r t i e r , w h i c hr e g a r d e da st h em a i nr e a s o nf o rt h eh i g h 江苏大学硕士学位论文 p h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t y 二 a tl a s t ，f e 计- n a n b 0 3w e r ep r e p a r e db yi m p r e g n a t i o nm e t h o d i tw a s f o u n dt h a tt h ec r y s t a lh a dn o tc h a n g e da f t e rt h ed o p i n go ff e 计，a n dt h e o p t i m u mc o n d i t i o n so ff e 3 + d o p e dw a s2w t a n dt h ec a l c i n a t i o n t e m p e r a t u r e o f c a t a l y s t w a s30 0 t h ep h o t o f e n t o n c a t a l y t i c d e g r a d a t i o ne f f i c i e n c yw a sh i g h e rt h a nt h ep u r en a n b 0 3 i tw a sa l s o f o u n dt h a tt h ed e g r a d a t i o no fm bo v e rt h ec a t a l y t i cs y s t e m sf o l l o w e d p s e u d o f i r s t o r d e rk i n e t i c s ，a n dt h ed e g r a d a t i o nr a t ew a s0 0 0 5 5 2m i n - 1 c a t a l y t i ca c t i v i t yo f t h ef e ，十- n a n b 0 3c a t a l y s t sf o rm bd e g r a d a t i o nw i t h f o u rt i m e so fc y c l i n gu s ei n d i c a t e dt h a tt h ec a t a l y s tw a ss t a b l eu n d e r r e p e a t e du s e a b s o r p t i o ns p e c t r a la n a l y s i so fm bs h o w e dt h a t t h e r e p r e s e n t a t i o nw a v e l e n g t ho fm bh a dn oo b v i o u sb l u e s h if ti nt h e d e g r a d a t i o no f m b k e yw o r d s ：c a t a l y t i co x i d a t i o n ，s o d i u mn i o b a t e ，p h o t o c a t a l y t i c ， n a n b 0 3 z n o ，f e 3 + - n a n b 0 3 ，p h o t o f e n t o n v 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 江苏大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 引言l 1 2 染料废水一1 1 2 1 染料简介1 1 2 2 染料废水的特点2 1 2 3 亚甲基蓝的物理化学性质2 1 3 染料废水处理技术3 1 3 1 常用的染料废水处理技术3 1 3 2 染料废水处理技术新发展7 1 4h 2 0 2 催化氧化技术7 1 5 光f e n t o n 氧化技术8 1 5 1 光f e n t o n 反应氧化降解废水机理一9 1 5 2 光f e n t o n 反应处理废水的氧化降解特性1 0 1 5 3 光f e n t o n 技术在染料废水处理中的应用l o 1 6 光催化氧化技术1 2 1 6 1 光催化反应原理13 1 6 2 现有光催化剂存在的问题1 4 1 6 3 提高光催化剂性能的途径15 1 6 4 新型非t i 0 2 基光催化剂的研究17 1 7 本论文研究的选题依据、研究目的及主要内容2 0 第二章n a 8 n b 6 0 1 9 1 3 h 2 0 h 2 0 2 催化降解亚甲基蓝染料的研究。2 3 2 1 实验部分2 4 2 1 1 样品制备2 4 2 1 2 催化剂表征2 4 2 1 3 催化活性研究2 4 2 2n a 8 n b 6 0 1 9 13 h 2 0 的表征分析2 4 2 2 1x r d 分析2 4 2 2 2s e m 分析2 6 2 2 3t g d s c 分析2 7 2 3 催化降解亚甲基蓝染料性能研究2 8 v i i 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 2 3 1 不同铌化物体系对m b 催化活性的影响：2 8 2 3 2 不同焙烧温度对催化剂催化活性的影响2 9 2 3 3 不同催化降解反应温度对催化剂的催化活性影响3 0 2 3 4 不同h 2 0 2 用量对催化剂的催化活性影响3 1 2 3 5 紫外光对催化剂的催化活性影响。3 2 2 3 6 催化剂催化降解m b 的吸收光谱分析研究3 3 2 3 7 反应动力学研究。3 5 2 3 8 反应机理研究。3 7 2 4 本章小结3 9 第三章n a n b o d z n o 异质结光催化剂的合成及光催化性能研究4 1 3 1 实验部分4 2 3 1 1 实验药品及主要仪器4 2 3 1 2 样品的制备4 2 3 1 3 光催化样品的表征分析4 2 3 1 4 光催化活性研究4 3 3 2n a n b 0 3 z n o 的表征分析4 3 3 2 1x r d 分秒i 4 3 3 2 2s e m e d s 分析4 4 3 2 3x p s 分析一4 5 3 2 4d r s 分析4 7 3 2 5t g d s c 分析4 9 3 3n a n b 0 3 z n o 催化剂光催化降解m b 性能研究4 9 3 3 1 不同n a n b 0 3 掺杂量对n a n b 0 3 z n o 催化剂的光催化活性的影响4 9 3 3 2 不同合成温度对n a n b 0 3 z n o 催化剂的光催化活性的影响5 0 3 3 3n a n b 0 3 z n o 催化剂光催化降解m b 的光谱分析研究一5 1 3 3 4 反应动力学研究5 2 3 3 5 催化剂循环性研究5 4 3 3 6 光催化机理研究5 4 3 4 本章小结5 6 第四章f e 3 + - n a n b 0 3 催化剂降解亚甲基蓝染料的活性研究5 7 4 1 实验部分5 7 江苏大学硕士学位论文 4 1 1 实验药品及主要仪器。二。5 7 4 1 2 催化剂的制备5 8 4 1 3 光催化样品的表征分析。5 8 4 1 4 光f e n t o n 催化实验5 8 4 2f e 3 + - n a n b 0 3 的表征分析5 8 4 2 1x r d 分析：一5 8 4 2 2d r s 分析6 0 4 2 3s e m e d s 分析。6 2 4 3f e 3 + 掺杂系列催化剂光f e n t o n 催化降解m b 性能研究6 2 4 3 1 不同f e 3 + 掺杂量对n a n b 0 3 催化剂的光f e n t o n 催化活性的影响6 3 4 3 2 不同焙烧温度对f e 3 + - n a n b 0 3 催化剂的光f e n t o n 催化活性的影响6 4 4 3 3 不同h 2 0 2 用量对f e 3 + - n a n b 0 3 催化剂的光f e n t o n 催化效果的影响6 5 4 3 4f e 3 + - n a n b 0 3 催化剂的光f e n t o n 催化降解m b 的光谱分析研究6 6 4 3 5 反应动力学研究6 7 4 - 3 6 催化剂循环性研究7 0 4 3 7f e ”在光催化反应中的作用7 0 4 4 本章小结7 2 第五章结论与展望7 3 5 1 结论7 3 5 2 存在的问题及展望7 4 参考文献7 5 攻读硕士学位期间发表的论文9 l 致谢9 3 i x 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 x 江苏大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 环境污染和能源危机问题是当今世界的两大主题。环境保护，已引起世界各 国人们的重视。近年来，随着经济的发展，日益严重的环境问题已经危害人类的 生产和生活，特别是水资源污染已严重威胁到人类的健康。有人预测，在能源危 机之后，人类面临的最大危机将是水资源危机，而且这种危机比能源危机更难解 决。据世界卫生组织统计，人类8 0 的疾病与饮用不洁净水有关。每年世界上有 2 0 0 0 万名以上的儿童因饮用不洁净的水而死亡。我国的淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资源的6 o ，仅次于巴西、加拿大和俄罗斯，名列世界第 四位。但是，我国的人均水资源量却只有2 3 0 0 立方米，仅为世界平均水平的四 分之一，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。 据2 0 0 9 年中国环境状况公报，全国地表水污染依然较重，全国废水排放总 量为5 8 9 2 亿吨，比2 0 0 8 年增加3 0 。七大水系( 长江、黄河、珠江、松花江、 淮河、海河和辽河) 总体为轻度污染。2 0 3 条河流4 0 8 个地表水国控监测断面中， i 一i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 。 其中，海河为重度污染，黄河、辽河为中度污染，松花江、淮河为轻度污染，珠 江、长江水质良好。根据水利部门对全国河流的调查来看，大型淡水湖泊中，太 湖已经完全处在富营养状态，滇池富营养化也越来越严重，巢湖营养状态指数有 所降低，但仍处于富营养状态，洞庭湖、洪泽湖水质较差。同时，根据我国环保 局的有关报道：我国的主要河流有机污染严重，并呈不断扩大趋势。 以上资料表明，我国水体环境问题已日趋严峻，将严重制约我国经济发展， 并在一定程度上影响国民身体健康。 1 2 染料废水 1 2 1 染料简介 染料是指能使纤维获得色泽的物质。1 8 5 6 年p e r k i n 发明了第一个合成染料 ( 马尾紫) ，使有机化学分出了一门新学科一染料化学。2 0 世纪5 0 年代，p a t t e e 和s t e p h e n 发现含二氯均三嗦基团的染料在碱性条件下可以与纤维上的羟基发生 键合，开创了活性染料的合成应用时期。 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 染料有两种分类方法：一类是根据染料的特点可分为直接染料、酸性染料、 钠夫孚染料( 或冰染染料或不溶性偶氮染料) 、活性染料、还原染料、氧化染料、 分散染料和阳离子染料等【1 1 。另外一类是按化学结构的不同可分为偶氮染料、酞 菁染料、菁类染料、靛旋染料、葸醌染料、硝基、亚硝基和醌亚胺等染料。而在 众多的染料产品中，偶氮染料和蒽醌染料是目前常见的染料。其中偶氮染料是应 用最广、数量最多的一种有机合成染料。 1 2 2 染料废水的特点 目前我国年产染料约占世界总产量的6 0 ，能生产十一大类5 0 0 多个品种的 染料，染料的产量和贸易量都居世界第一位。随着染料产业的迅速发展，染料废 水对水环境的危害日益严重。由于染料工业工艺复杂，染料产品的不同，染料及 其中间体的种类繁多，染料废水的性质也各不相同，主要分为酸性废水和碱性废 水。 染料废水中含有大量的固体悬浮颗粒物，同时含有大量的有毒化合物、重金 属、表面活性剂、营养物质以及无机盐类等，具有色度深、有机物浓度高、成分 复杂、可生化降解性差的典型特征，属典型难降解有机废水。染料废水集中表现 以下特点： 1 色度深：废水中的有机污染物绝大多数是以芳香基团( 苯、葸、醌等) 为 母体，带有显色基团，颜色很深。 2 成分复杂：染料废水多呈碱性，p h 一般为6 1 0 ，有较多的无机盐和重金 属离子。还含有n 、p 等营养物质及s 等非金属元素的化合物。 3 可生化性极低：废水中通常含有许多原料和副产品，如卤代物、硝基物、 氨基物、酚类等一系列有机物，其c o d 浓度高，毒性大，难生化降解。 4 难以用一般的方法进行处理：随着染料工业的发展，染料品种越来越多， 组分也越来越复杂，并向抗光解、抗氧化、抗生物降解的方向发展，使得染料废 水采用一般的处理方法很难得到理想的效果。 因此，染料废水具有高浓度、高色度、高p h 、难降解、多变化等特点，成 为难处理的有机废水之一。 1 2 3 亚甲基蓝的物理化学性质 亚甲基蓝染料是一种碱性染料，其分子式为c 1 6 h 1 8 1 , 1 3 s c i 3 h 2 0 。n ，n 一二甲基 苯胺进行亚硝化进而生成对氨基二甲基苯胺，再用重铬酸钠、硫代硫酸钠对其进 2 江苏大学硕士学位论文 行氧化、硫化及缩合，然后用氯化锌成盐、盐析、过滤及干燥即得亚甲基蓝染料。 它是一种对硫氮苯类显色剂，结构式类似葸，其中巯基( s + ) 为主要的发色基 团，由于它为吸电子基团，其电子密度相对较大。特征吸收波长为6 6 4n l i l ( 用 u v 二s 分光光度计测得) 。其结构式如图1 1 所式： i n c l 图1 1 亚甲基蓝的化学结构式 f i g 1 1c h e m i c a ls 咖c t u r eo fm e t h y l e n eb l u e 亚甲基蓝成品为金红色闪金光或闪古铜色光的粉状物，水稀释后溶液呈蓝 色；溶于酒精呈蓝色；水溶液中加入氢氧化钠溶液后呈紫色或出现暗紫色沉淀。 亚甲基蓝主要用于纸张、麻、蚕丝织物的染色和竹、木的着色。还可用于制 造墨水及生物、细菌组织的染色等方面。它可与碱性紫5 b n 和黄糊精以7 8 ：1 3 ：9 的比例拼混成碱性品蓝。 1 3 染料废水处理技术 1 3 1 常用的染料废水处理技术 我国染料行业中除少数企业对废水采用较为有效的多级处理外，其余大部分 企业只对废水进行一级处理，有的企业甚至未经任何处理就直接排放，从而造成 水体严重污染。此外，染料废水处理的突出问题是色度以及难降解有机物的去除。 为了解决染料废水对环境的污染，目前国内外有多种物理方法、化学方法和生物 方法用于其脱色降解处理。但受废水处理效率和成本的限制，当前国内外常用于 工业染料废水处理的方法有：生物处理法、吸附法、絮凝法和电化学法等。其他 如膜分离技术、辐照技术及一些优化组合工艺等j 下在推广应用。 1 3 1 1 生物处理法 生物处理法是利用微生物的絮凝、吸附和降解作用以达到去除有机物的目 的，其处理费用低，最早采用的工艺是活性污泥法。染料废水常用的生物处理方 法有好氧法、厌氧法和厌氧好氧组合法。好氧生物处理法指在有氧条件下利用 好氧微生物的吸附降解作用去除染料废水中的有机物。好氧生物处理法一般包括 ln 铌酸钠材料的合成及其降解染料废水研究 活性污泥法、生物滤池、生物转盘、氧化沟和膜生物反应器等【2 捌。好氧处理法 虽然对b o d 的降解率较高( 可达8 0 ) ，且运行费用较低，但该方法对复杂大 分子物质的降解效果较差，对染料废水色度与难降解有机物的降解率也不太理 想。而厌氧生物法不仅可用于处理高浓度有机废水，也可用于处理中、低浓度有 机废水。厌氧生物法对复杂大分子物质有明显的降解效果，是一种很有发展前途 的染料废水处理方法。由于厌氧生物法处理废水经常伴随着腐臭味，且其出水水 质往往达不到排放标准，因而单纯使用厌氧生物法的处理工艺较少。 基于生物处理法上述的缺陷和不足，探索生物强化技术和一些优化组合工艺 成为研究的热点。针对所要去除的污染物，投加有效降解能力的微生物是生物强 化技术的一种途径。k a i a s 等【4 】采用白腐真菌所分泌的降解酶用于染料的脱色降 解，达到偶氮键断裂、稠环开环及将染料分子脱色降解的效果。生物强化技术可 以改善活性污泥处理效果，但是优势菌种的适应性、再生性以及微生物变异引起 的二次污染等问题都有待解决。 1 3 1 2 吸附法 吸附法是利用吸附剂与染料废水接触，用物理吸附、化学吸附或交换吸附等 方式，将污染物从废水吸附到吸附剂上，从而达到去除的目的。吸附法是染料废 水处理的重要方法之一。 表1 1 常见吸附剂性质比较 t a b l e1 1c h a r a c t e r i s t i c so fn o n n a ls o r b e n t s 常用的吸附剂主要有活性炭、离子交换纤维、炉灰、各种天然矿物( 膨润土、 硅藻土) 、工业废料( 煤渣、粉煤灰) 及天然植物废料( 木炭、锯屑、稻壳、玉 米棒、甘蔗渣) 等，一些合成无机吸附剂也被应用于处理印染废水，如含有s i 0 2 的复合氧化物、合成m g ( o h ) 2 吸附剂等。表1 1 列出了常见吸附剂的一些性质。 活性炭是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，其组成成分除了碳以外还有氧、氢等 元素。活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活 4 江苏大学硕士学位论文 化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种优良吸附剂。活性炭能有效地去除色度、 臭味及二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，甚至包含部分有毒的重金 属。m a h m o o d i 等1 5 】研究活性炭在一元和双元体系中对两种阴离子染料( d b 7 8 和d r 3 1 ) 废水色度的降解率，结果表明活性炭在单元体系中对d b 7 8 和d r 3 1 的最大吸附能力分别为7 6 9 2m g - 9 1 和lll m g 分1 。但活性炭的缺点是对高浓度、 疏水性染料废水的处理表现出局限性。近些年，生物吸附剂被广泛研究，这些生 物吸附材料