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微波降解技术在染料废水处理方面的应用综述

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2019-03-07 17:21:11    来源:    作者:xuekanba

摘要:随着我国经济的发展,染料品种越来越多,染料废水组成会有较大的变化,对于染料废水处理带来了较大的难度,目前其处理方法主要有物理化学方法和生物法,但是其均具有一定的缺点。本文从染料废水的产生、组成,微波催化降解技术反应原理,微波降解技术在染料废水处理应用等方面进行了介绍。

 随着我国经济的快速发展,染料工业也在不断的发展壮大,染料品种越来越多。染料废水包括了各个生产工序排除的多种废水,由于原料、药剂、生产工艺和染料种类不同,染料废水组成会有较大的变化,对于染料废水处理带来了较大的难度,目前其处理方法主要有物理化学方法和生物法,但是其均具有一定的缺点。近年来,微波催化降解处理技术得到了深入发展,应用逐步应用于染料废水处理,特别是在难降解废水处理方面具有独特的优势。

一、染料废水

随着我国经济的快速发展,染料工业也在不断的发展壮大,原有染料品种在国内投入工业化生产,并且新产品也在快速开发,染料种类、质量、生产规模等已达到或接近国际水平。染料品种目前有应用分类和结构分类两种,其一般相互结合。按应用分类,染料主要有酸性染料、冰染染料、碱性染料、活性染料、分散染料、阳离子染料等11个大类;按结构分类,染料主要有偶氮染料、稠环酮类染料、酞著染料、三芳甲烷染料、杂葱类染料等9个大类。

染料废水目前基本呈酸性,来源于染料生产过程中的中间工序环节,主要包括染料生产有机原料和生产中使用的大量酸、碱及盐类等添加剂,另外还有被染物上的杂质、浆料、油剂、表面活性剂等,在金属染剂或金属盐的工艺中,重金属也会成为染料废水中的一员。染料在生产过程中,从原料配料、中间产物生成具有较长生产流程和较多生产单元,势必造成有机原料的流失;酸、碱、盐类等添加剂在化学反应过程中起到调整环境的作用,约有90%会被直接转移进入废水。因此,染料废水包括了各个生产工序排除的多种废水,并且在金属络合印染时,重金属的进入,会对废水的组成及性质产生较大的影响。由于原料、药剂、生产工艺和染料种类不同,染料废水组成会有较大的变化,对于染料废水处理带来了较大的难度。目前,染料废水处理方法可以采用物理化学方法和生物法,如混凝沉淀、吸附、渗析、化学氧化、生物处理方法。近年来,微波催化降解处理技术得到了深入发展,应用逐步应用于染料废水处理,特别是在难降解废水处理方面具有独特的优势。

二、微波降解处理原理

微波是无线电波的一种,属于电磁波,其频率范围为300 MHz~300 GHz,波长在1毫米到1米之间,是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。最开始,微波主要用于对物料进行加热,实现快速升温和自动控制,随着微波应用技术不断拓展,在此基础上发展了的微波诱导催化氧化技术,其处理废水的一种新的手段,也是染料废水处理研究的热点。

微波的“热点”效应,通过在染料废水处理剂中添加能够大量吸收微波能量的物质,实现电磁能转变为热能,使表面选择性的快速升温,甚至加热到高于1400℃的温度,从而在处理剂中形成活性中心(热点)。通过活性中心远高于其它物质的能量,实现在诱导反应,并生成高温、活性氧化物质,达到将废水中有机物直接降解或将大分子有机物转变成小分子的目的。

微波的非热效应,通过使极性分子处于快速震荡状态,达到降低化学键能,削弱化学键之间的结合强度,从而降低反应所需的活化能。另外,微波的特殊效应可以通过提高反应速度,加快有机物氧化分解。

微波的偶极子转动,通过微波作用,使用染料废水处理过程中的介质偶极子随着微波场反向的快速改变,发生迅速的变化,偶极子规则运动在介质中热运动和相邻分子之间作用下受得阻碍,产生类似摩擦的作用,让介质分子获得大量的热能,从而实现能量传递,提高催化剂晶格的活性,加快有机物的分解。

三、微波降解处理应用

谢复青等人采用钢渣吸附与微波降解协同处理方法对碱性品红废水降解进行了研究,在中性条件下,钢渣对碱性品红吸附量可达到42.4mg /g;在碱性品红溶液浓度为100mg /L、固液质量比为1:50、吸附1 h,染料溶液脱色率达97%;焦炭可吸收微波大量的能量,产生较高的温度,当钢渣与焦炭质量比为1:1时,物料在微波作用下可以达到665℃,可以对染料进行降解,并且可以重复使用4次,脱色率均可达95%以上。

赵飞星等人采用微波降解与过氧化氢协同处理废水中的亚甲基蓝降解进行了研究,主要对过氧化氢质量分数、PH、亚甲基蓝初始质量浓度等指标进行了分析。微波降解与过氧化氢对降解亚甲蓝具有显著的协同作用;亚甲基蓝降解率随着过氧化氢质量分数增大而提高;在PH为,降解率达到最小,不足80%,低于2或大于11时,降解率可以达到90%以上;降解率随着亚甲基蓝初始质量浓度升高而降低。最优处理工艺为亚甲基蓝初始质量浓度50~70mg/L、过氧化氢的质量分数1%、反应温度473K、PH值3或12、反应时间7分钟时,亚甲基蓝降解率为95%~96%。

杨帆等人采用微波对硝基苯降解开展了相关研究,其研究结果表明微波可以降解硝基苯;随着微波功率和微波照射时间增加,硝基苯降解率逐渐提高。当微波功率为700W、浓度为10mg/L、照射时间为110s时,硝基苯降解率达到峰值,为75.74%。

 

参考文献

[1]谢复青,何星存. 钢渣吸附—微波降解法处理碱性品红废水[J]. 化工环保,2006,(02):129-132.

[2]王哲明,王进明,臧传利,徐夫元,陈英文,祝社民,沈树宝. 微波诱导催化氧化废水处理研究进展[J]. 水处理技术,2010,(07):24-28.

[3]杨帆,邢晶晶,曹婷婷. 微波降解硝基苯水溶液的研究[J]. 黑龙江医药,2011,(02):208-209.

[4]赵飞星,戴咏川,宋官龙,孟宪革,戴竹青. 微波降解水中亚甲基蓝的研究[J]. 辽宁石油化工大学学报,2014,(01):16-19.

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