摘要：纺织印染废水占全球工业废水排放量约20%，因富含高浓度、难生物降解的有机污染物，具有成分复杂、色度高、毒性强等特征，常规物理与生物处理效率有限。本研究系统对比吸附法与高级氧化法（TiO2光催化）对典型染料（阳离子型亚甲基蓝/MB，阴离子型甲基橙/MO、甲基红/MR）的去除效能及适用性。结果表明：活性炭吸附呈现显著电荷选择性，对MB去除率最高（150 min达82.31%），优于MO（70.11%）和MR（72.34%），符合准二级动力学模型；初期吸附速率快，但循环使用中因吸附位点饱和及复杂基质竞争导致效能显著衰减。TiO2光催化通过自由基非选择性降解，对阴离子染料整体去除率优于吸附法，且MB最终去除率>85%；其降解效率受化学键稳定性调控，但实际应用中易受水质波动干扰，稳定性风险突出。综上，活性炭吸附适用于水质稳定场景的预处理/深度脱色，而TiO2光催化虽具深度矿化潜力却亟需提升抗干扰性。未来需研发活性炭高效再生技术、催化剂抗毒化改性，并探索吸附-光催化耦合工艺，以协同优化处理效率、经济性与环境可持续性，为印染废水绿色治理提供新策略。

　　关键词：印染废水；染料；吸附；光催化

　　0引言

　　全球人口增长、工业化及城市化的快速推进加剧了水污染问题，其中有机废水污染尤为严峻。纺织印染行业作为关键工业污染源，其废水排放量约占全球工业废水总量的20%[1]。该废水综合了退浆、煮练、漂白、丝光、染色、印花和整理等工序排放物，具有水量大、污染物浓度高、色度深、碱性强、成分复杂、水质波动大等显著特征，属于典型的高难度处理工业废水[1-3]。其核心处理难点在于含有大量难生物降解的有机污染物，尤以合成染料为甚。合成染料凭借低廉成本、鲜艳色泽、优异溶解性及便捷应用性能，已广泛应用于纺织行业。全球商品化染料年产量超70万t，种类逾10万种。纺织常用染料依据应用与离子特性可分为阴离子染料、阳离子染料及非离子染料[2-5]。其中，活性染料与碱性染料因性能优越被广泛使用。然而，赋予其优良性能的化学结构也常意味着潜在的毒性、致癌性甚至爆炸性。据估计，约2%的生产染料未经有效处理直接排入水体。这些高溶解度染料分子在水环境中普遍存在，对水生生态系统构成多重威胁：强烈的显色性降低水体透光度，诱发藻华现象危及水生生物生存；部分染料（如某些偶氮染料）更具备遗传毒性和致癌性[2]。染料分子结构的复杂性（如含苯环、偶氮键等）使其呈现顽固性：对好氧生物降解具有强抗性，同时对光、热及常见氧化剂表现出高度稳定性。这一特性导致常规物理法及生物法在处理印染废水，尤其是脱色与降解难降解有机组分时效能低下。生物法常面临投资运行成本高、污泥膨胀风险、启动周期长等问题；物理法则难以高效去除溶解性有机污染物。

　　针对上述挑战，吸附技术因操作便捷性、较高效率及可避免有害降解中间产物二次污染等优势，在去除难生物降解染料方面备受关注。其效果受染料/吸附剂相互作用、吸附剂比表面积、粒径、温度、pH值及接触时间等多因素影响。活性炭、多壁碳纳米管、硅胶及树脂等吸附剂已展现出良好潜力，但高昂的材料成本限制其大规模应用[4]。在化学处理法中，高级氧化技术（AOPs）（涵盖光催化氧化、电化学氧化、超声氧化及基于硫酸根自由基的AOPs等）被公认为处理高浓度、难降解有机印染废水的有效手段。其核心优势在于能原位产生羟基自由基、超氧自由基或硫酸根自由基等强氧化性物种，实现污染物的快速、无选择性氧化分解乃至彻底矿化，具有反应速率快、矿化效率高、二次污染风险相对较低的特点[4-6]。

　　鉴于印染废水中有机污染物（尤其是染料）的复杂性与难处理性，以及现有各类处理技术（特别是吸附法和高级氧化法）在原理、效能、成本及应用范围上的显著差异，系统性地对比研究不同去除技术的适用条件、处理效率、经济性及环境友好性显得尤为重要。本研究旨在深入分析印染废水中有机污染物（聚焦典型染料）的特性及其处理难点，重点对比研究吸附技术与高级氧化技术对不同类型有机染料的处理效率以及实际处理印染废水的稳定性和可靠性，从而为开发高效、经济、绿色的印染废水处理工艺提供科学依据和技术参考，有望推动纺织印染行业的可持续发展和水环境保护。

　　1实验部分

　　1.1实验药品

　　纳米活性炭、亚甲基蓝、甲基红、甲基橙、盐酸（HCl，优级纯）、氢氧化钠（NaOH，优级纯）、纳米二氧化钛（TiO2，优级纯）、深圳某工业亚甲基蓝印染废水。

　　1.2实验仪器设备

　　TG16B型微量台式高速离心机；SP-UV1100型紫外可见分光光度计；本研究所采用的光催化反应系统为自行设计和组装的装置，核心组件涵盖：用于隔绝环境光的光学暗箱、提供激发光源的紫外灯管、维持反应体系温度稳定的冷凝回流单元以及确保反应物均匀混合的磁力搅拌系统。

　　1.3实验原理及方案

　　在印染废水处理中，活性炭吸附法被广泛应用于去除水中的有机污染物。活性炭吸附是基于界面物质富集作用的核心水处理技术。根据国际纯粹与应用化学联合会定义，吸附是“由于表面力的作用，在凝聚相（固体）界面处气体或液体物质浓度的增加”[7]，其驱动力主要源于吸附质（有机污染物）与吸附剂（活性炭）间的疏水相互作用及电子亲和力。水介质中亲水性物种对疏水性活性炭表面亲和力较低，而静电吸引或排斥力则直接影响吸附质在固/液界面的靠近行为。二氧化钛（TiO2）光催化技术基于半导体材料的光激发特性。当入射光子的能量等于或高于TiO2的带隙能（约3.2 eV）时，价带电子受激发跃迁至导带，形成电子（e-）-空穴（h+）对。这些载流子迁移至催化剂表面后，e-与吸附氧反应生成超氧自由基(·O2-），h+则氧化水分子或表面羟基（-OH）生成羟基自由基(·OH）。上述活性氧物种具有强氧化能力，可无选择性地矿化印染废水中的有机污染物（如染料、助剂等），将其降解为CO2、H2O及小分子无机物[7-10]。

　　在本研究中，活性炭吸附与二氧化钛光催化技术被应用于不同类型有机染料（亚甲基蓝、甲基红、甲基橙）的处理效率对比。实验中，二氧化钛催化剂颗粒与染料溶液混合后，在紫外光照射下引发光催化反应。具体操作为：首先，将40 mg/L染料溶液与4 g/L的TiO2颗粒混合，并在黑暗条件下磁力搅拌30 min，确保吸附与解吸平衡。随后，开启紫外光源进行光催化反应。染料分子在光照作用下被催化剂激发，产生自由基，进而降解染料分子。反应进行一定时间后，收集样品并采用紫外-可见分光光度计测定滤液或上清液在染料特征吸收波长处的吸光度（亚甲基蓝：664 nm；甲基红：430 nm；甲基橙：464 nm），根据标准曲线计算剩余染料浓度(ρt）。此外，活性炭吸附技术则通过将一定量的活性炭加入染料溶液中，利用其大比表面积和孔隙结构吸附染料分子。吸附反应同样在黑暗条件下进行，通过控制各反应条件保持一致，分析其去除效果。两种方法的去除效率通过染料浓度变化来评估，染料去除率η由式（1）计算。其中，ρ0和ρt分别为初始和结束时溶液中的染料质量浓度。在以上基础上，本研究进一步探讨了两种方法在处理实际印染废水中的稳定性与可靠性。

　　2结果与讨论

　　2.1吸附技术与高级氧化技术对不同类型有机染料的处理效率分析

　　根据图1数据，活性炭吸附对三种染料的去除效率呈现显著差异性。亚甲基蓝的吸附去除率最高（150 min达82.31%），明显优于甲基橙（约70.11%）和甲基红（约72.34%）。这种差异主要归因于染料分子的电荷特性与空间结构：亚甲基蓝作为阳离子染料，其带正电的吩噻嗪基团易与活性炭表面负电荷位点结合；而甲基橙和甲基红作为阴离子染料，分子中含磺酸基团（-SO3-）的亲水性较强，削弱了与疏水性活性炭的相互作用。曲线显示，所有染料在30 min内吸附速率最快，90 min后趋于平衡，符合准二级动力学模型特征，表明吸附过程受化学键合力主导[3-6]。值得注意的是，甲基红的低吸附容量可能与其分子平面性较差有关，空间位阻限制了其进入活性炭微孔结构的能力。综上，活性炭虽对阳离子染料高效，但对阴离子染料的局限性凸显了其选择性吸附特征。TiO2光催化表现出与吸附截然不同的去除特性。亚甲基蓝仍保持最高降解率（120 min去除率>85%），但甲基红（约73.74%）显著优于甲基橙（约72.68%），此排序与吸附实验相反。这源于光催化依赖于自由基氧化而非物理吸附：TiO2在紫外光激发下产生·OH及·O2-自由基，可无选择性地攻击染料发色团。亚甲基蓝的噻嗪环易被自由基开环降解；甲基红虽为阴离子染料，但其偶氮键（-N=N-）对自由基断裂敏感；甲基橙的降解阻力则与其稳定的重氮结构及偶氮苯疏水基团相关。动态曲线分析表明，光催化初始反应速率（0~30 min）低于吸附法，但后期持续降解能力更强，最终去除率普遍高于吸附法（尤其对阴离子染料）。这表明光催化更适合深度矿化难吸附污染物，但能效受限于电子-空穴复合率。

　　2.2两种污水处理技术针对实际印染废水样的净化效率比较

　　本研究通过对比活性炭吸附与TiO2光催化技术处理实际印染废水的循环实验数据，揭示了两种方法对有机污染物（以亚甲基蓝为典型代表）的去除效率及稳定性差异。实验表明（见表1），活性炭吸附对工业亚甲基蓝废水的首次去除效率达78.35%，但在第4次循环后显著下降至48.76%；处理实际废水样时亦呈现相似衰减趋势。这种效率衰减主要归因于活性炭吸附位点饱和及再生过程中的结构劣化，导致吸附容量不可逆损失。值得注意的是，实际废水样中复杂共存污染物（如助剂、盐分）会竞争活性炭表面活性位点，进一步加速性能衰退。相比之下，TiO2光催化对模拟废水的首次去除率（80.26%）与活性炭相当，且循环稳定性略优，这得益于光催化反应通过自由基矿化污染物而非物理吸附，理论上具备自我再生潜力。然而，实际废水处理中TiO2的稳定性面临严峻挑战：第二次循环时效率骤降至6.29%，虽在第4次回升至62.51%，仍凸显其对废水成分波动的极端敏感性。

　　通过进一步的简单分析，TiO2光催化在实际废水中的剧烈波动可能源于两方面机制：其一，实际废水中高浓度阴离子（如Cl-、SO42-）或有机质会覆盖催化剂活性位点，并淬灭光生空穴及·OH自由基，导致催化活性骤降；其二，复杂基质中的某些组分（如重金属离子）可能引发催化剂表面钝化或光腐蚀[7-10]。这种“失活-部分恢复”现象与文献报道的催化剂中毒-原位再生过程相符，但效率波动幅度之大表明其工程化应用存在显著可靠性风险。反观活性炭吸附，尽管循环稳定性不足，但其效率衰减呈单调平缓趋势，且不受水质波动显著干扰，操作可靠性更高。综合而言，活性炭吸附更适合作为水质成分相对稳定的印染废水预处理或深度处理单元，而TiO2光催化需严格调控进水水质并优化抗毒化改性（如贵金属沉积、杂原子掺杂），方能在实际场景中实现稳定运行。未来研究应关注开发活性炭高效再生技术及TiO2复合催化体系，以协同提升两类技术的经济性与环境适应性。

　　3结论与展望

　　本研究系统对比了活性炭吸附与TiO2光催化技术对印染废水中有机染料（以亚甲基蓝、甲基橙、甲基红为代表）的去除效能、选择性与长期稳定性。结果表明，技术原理根本性差异导致其适用场景显著不同。活性炭吸附呈现显著的选择性：对阳离子染料亚甲基蓝去除率最高（150 min达82.31%），显著优于阴离子染料甲基橙（70.11%）和甲基红（72.34%）。此差异源于染料电荷特性与分子结构。其吸附过程符合准二级动力学，初期速率快（<30 min），90 min后趋于平衡。然而，活性炭循环处理实际废水时效能衰减明显，主因是吸附位点饱和、结构劣化及复杂基质（助剂、盐分）的竞争吸附。相较之下，TiO2光催化虽初期速率较低，但依赖自由基氧化(·OH/·O2-）实现非选择性攻击，最终对亚甲基蓝去除率>85%，且对阴离子染料的整体效能优于吸附法。其降解效率受染料化学键敏感性主导。光催化在模拟废水循环中稳定性略优，但处理实际废水时效能剧烈波动，凸显其对水质波动（如高浓度Cl-、SO42-、有机质淬灭自由基，重金属引发钝化）的极端敏感性和可靠性风险。

　　综上，活性炭吸附操作可靠、衰减平缓，更适用于水质相对稳定场景的预处理或深度处理；而TiO2光催化虽具深度矿化潜力，但其工程应用亟需解决复杂水质下的抗干扰与稳定性问题。未来研究应聚焦于：

　　1）活性炭高效再生技术开发，以逆转其吸附容量损失并降低成本；

　　2）TiO2催化剂抗毒化改性（如贵金属沉积、杂原子掺杂），提升其在真实废水基质中的活性和耐受性；

　　3）探索吸附-光催化耦合工艺，发挥协同效应，兼顾处理效率、稳定性与经济性，为开发高效、经济、环境友好的印染废水处理技术提供新思路，助力纺织印染行业绿色转型与水环境可持续保护。

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