способ очистки сточных вод от красителей

Формула изобретения

Способ фотокаталитической очистки сточных вод от красителей, отличающийся тем, что очистку от азокрасителей ведут в ячейке с нанодисперсным фотокатализатором Fe₂O₃ при облучении дневным светом и давлении кислорода 0,3 МПа без подачи дополнительного напряжения на ячейку.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам очистки сточных вод от красителей фотокаталитическим окислением под давлением кислорода и может быть использовано при очистке сточных вод в текстильной промышленности.

Известен способ очистки сточных вод [1], сущность которого состоит в том, что проводят электролиз сточных вод, используя в качестве анода нерастворимый титановый анод, покрытый окислами рутения и титана (ОРТА), в присутствии хлор-ионов, где образуется активный хлор и кислород, являющиеся основными окисляющими агентами при деструкции органических красителей. При этом одновременно проводят УФ-облучение, что приводит к увеличению полноты окисления за счет активации образующихся при электролизе газообразных веществ.

Недостатком способа является то, что при электролизе образуется активный хлор, что в некоторых случаях может привести к образованию более токсичных хлорорганических соединений.

Известен также способ очистки сточных вод, содержащих красители, описанный в [2], сущность которого заключается в следующем. Раствор, содержащий красители, подвергают обработке в электролизере с анодом, выполненным из диоксида титана, при подаче тока 0,5 мА при одновременном УФ-облучении и барботировании в раствор электролита, содержащий очищаемые сточные воды, кислорода под давлением до 1,0 МПа.

Недостатком указанного способа является использование УФ-облучения, что может привести к повышенному расходу электроэнергии.

В качестве прототипа можно привести способ обесцвечивания сточных вод от красителей с использованием фотокаталитической системы [3]. В качестве катализатора применялась сетка из титана, диаметр проволоки которой составляет 0,23 мм, кроме того, в рабочий раствор дозировался порошок диоксида титана. Процесс проводился в лабораторном реакторе, представляющем собой электролизер, при этом анодом являлась сетка из титана, а катодом - платиновая сетка, которая предварительно обрабатывалась серной кислотой. Стеклянная емкость облучалась УФ-излучением.

Недостатком является использование УФ-облучения, приводящее к повышенным энергетическим затратам.

Задача предлагаемого изобретения - интенсификация процесса обезвреживания красителей и снижение энергетических затрат.

Технический результат - экономичность процесса достигается использованием дневного света и дешевых, доступных наноразмерных фотокатализаторов при обработке сточных вод, содержащих красители. Обезвреживание красителей происходит за счет протекания фотокаталитического процесса при облучении дневным светом.

Сущность предлагаемого способа очистки сточных вод от красителей заключается в том, что в ячейку заливают раствор азокрасителя и насыпают 0,5; 1,0 или 2,0 г катализатора Fe ₂O₃ на 200 мл раствора и обрабатывают в течение 1 часа дневным светом при давлении кислорода до 0,6 МПа без подачи дополнительного напряжения на ячейку. В качестве ячейки используется автоклав, футерированный фторопластом, объемом 200 мл. Для облучения раствора красителя видимым светом одна сторона ячейки сделана из кварцевого стекла толщиной 10 мм.

Сточные воды, содержащие красители, подвергают облучению дневным светом в присутствии фотокатализатора при избыточном давлении кислорода до 0,6 МПа. В качестве фотокатализатора служат нанодисперсные оксиды металлов, в частности Fe₂O₃. При обработке сточных вод, содержащих красители, в присутствии нонаразмерного катализатора происходит увеличение окислительно-восстановительного потенциала между зонами электронной и дырочной проводимости фотокатализатора. Наличие растворенного под давлением кислорода приводит к образованию активных частиц, участвующих также в окислительном процессе, что также способствует интенсификации процесса деструкции красителей. Оптимальным давлением является 0,3 МПа. При давлении ниже 0,3 МПа производительность процесса недостаточная. Дальнейшее повышение давления не приводит к повышению эффективности процесса.

Отличием заявляемого способа от его аналога является то, что при осуществлении процесса в качестве катализатора используется нанодисперсный порошок оксида металла (в частности, Fe₂ O₃), облучение производится видимым светом под давлением кислорода без подачи дополнительного напряжения на ячейку.

Пример 1. Готовится модельный раствор красителя прямого черного 2 С, с концентрацией 0,1 г/л. Раствор заливают в ячейку с насыпным нанодисперсным фотокатализатором и помещают на лабораторную магнитную мешалку. Осуществляется облучение раствора дневным светом под давлением кислорода 0,1 МПа в течение 1 часа. Степень обесцвечивания раствора составляет 68%.

Пример 2. Процесс осуществляется как в предыдущем случае, с тем отличием, что фотокаталитическое окисление протекает при давлении 0,3 МПа. Степень обесцвечивания раствора составляет ~80%.

С увеличением давления О₂ от 0,1 до 0,3 МПа происходит повышение скорости процесса фотокаталитического окисления в 2,1 раза, связанное с образованием активных кислородосодержащих частиц, таких как О₂, НО₂ и НО, участвующих в реакции окисления.

Увеличение скорости реакции с повышением давления О₂ приводит к возрастанию степени обесцвечивания раствора. На чертеже представлена зависимость степени обесцвечивания раствора красителя от давления О₂ при облучении дневным светом (С (Fe₂O₃)=5 г/л, С_кр =100 мг/л). При этом наблюдается почти линейная зависимость степени обесцвечивания от давления О₂ и степень обесцвечивания с повышением давления от 0,1-0,3 МПа увеличивается на 18%.

Способ можно реализовать как в лабораторных, так и в промышленных масштабах на установках локальной очистки сточных вод цехов крашения текстильно-трикотажных изделий.

Предлагаемый способ обладает рядом преимуществ:

- снижаются энергетические расходы за счет использования энергии дневного света;

- увеличивается степень очистки раствора от красителя за счет увеличения скорости восстановления кислорода активных частиц.

Литература

1. SU 709568 (Ленинградский инженерно-строительный институт), 20.11.1980.

2. RU 2337885 Способ фотоэлектрохимической очистки сточных вод от красителей (Дагестанский государственный университет) / Адамадзиева Н.А., Алиев З.М., Исаев А.Б., Шапиева М.А. / от 10.11.08. Заявка № 2006144015 от 11.12.2006.

3. Lix Z., Liu H.L., Yue P.T., Sun Y.P. Photoelectrocatalytic oxidation of rose Bengal in aqueous solution using a Ti/TiO mesh electrode // Environ. Sci. and Technol. - 2000 - V.34 - № 20 - p.4401-4406.